预制混凝土矩形渠技术研究与应用

孙景路，陶 琦，常俊德，刘丽佳

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080; 2.黑龙江省季节冻土区工程冻土重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080)

预制混凝土矩形渠技术研究与应用

孙景路1,2，陶 琦1,2，常俊德1,2，刘丽佳1,2

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080; 2.黑龙江省季节冻土区工程冻土重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080)

预制混凝土矩形渠按生产、安装工艺分为整体式预制混凝土矩形渠和拼接式预制混凝土矩形渠，其单体长度2000 mm，是传统的渠道防渗结构U形渠、梯形渠升级换代产品。在相同的过流能力条件下，矩形渠具有占地少,输水、节水效率高等优点。多种型号产品可适合不同的过流断面需求，满足各级灌排渠道工程需要，为高标准农田建设提供技术保障。

灌排渠道；预制混凝土矩形渠；整体式；拼接式；悬浮式振动

水利事业历来是事关民生的事业。水，是生命的源泉，更是农业的命脉。近年来，中央坚持把农田水利建设作为保障农业稳定发展和国家粮食安全的重要基础，不断完善政策支持体系[1]，加大各项工作力度，推动农田水利进入新的发展阶段。渠道防渗是诸多农田灌溉节水措施中经济合理、技术可行的主要节水措施之一，也是目前我国应用最广泛的节水工程技术措施[2]。U形混凝土防渗渠输水是农业节水灌溉和提高渠道输水能力的有效方法，在水利工程中被广泛采用， 尤其是中小型闸、坝、涵洞、渡槽、跌水等进出口连接段多采用这种结构形式。传统的U形渠结构主要是工厂预制，然后现场组装。限于技术条件，具有结构尺寸较小、工艺水平低、渗流损失严重等问题。很多渠线年久失修也对灌区农业的正常生产产生了较大影响。2013年黑龙江省水利科学研究院抓住机遇，贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，以“推进水利行业可持续发展，促进水资源优化配置和节约保护，提高水利装备开发能力，提高水利科技创新能力，用高新技术改造水利传统行业，推动水利现代化建设，提高我国水利科技创新能力”，通过先进渠系建筑物制造关键技术引进和生产工艺研究，建立了试验示范基地。开发了预制混凝土矩形渠系列产品，解决田间“最后1公里”问题。为保障国家粮食安全、促进经济平稳快速发展和社会和谐稳定奠定更加坚实的水利基础。

1 预制混凝土矩形渠生产工艺简介

预制混凝土矩形渠[3]采用国际先进混凝土成形技术、独自研发的模具[4]和国产设备配套组成的生产线生产[5]。该技术采用悬浮式振动台+模具边布料边振动成形，平面流转，机组流水生产工艺，隧道连续养护方式。生产线运行节拍3～3.5 min，可以适应不同型号的矩形渠的生产。矩形渠生产线每天产能约为100 m3的矩形渠产品。设计采用模具平面流转的方式，养护窑前后采用自动运行的摆渡车。生产线自动运行，在各个工位同时可以人工干预，便于控制生产节拍及生产组织管理。矩形渠生产线分为五大系统：配料搅拌系统、布料振动系统、养护系统、脱模回模系统、电控系统。

2 预制混凝土矩形渠开发

矩形渠产品混凝土技术参数为C50，F300。预制混凝土矩形分类，预制混凝土矩形渠按生产、安装工艺分为整体式预制混凝土矩形渠和拼接式预制混凝土矩形渠，其单体长度均为2000 mm。

整体式预制混凝土矩形渠为过水断面为矩形的混凝土构件。其产品示意图见图1，技术参数见表1。

图1 整体式预制混凝土矩形渠

型号断面尺寸/mm上口宽度a下口净宽b深度c壁最小厚度d壁最大厚度e底厚f底外宽g转角半径r长度LZ300300276300405252380402000Z400400368400405656480602000Z500500460500608080620802000Z600600552600608484720802000Z700700644700709898840802000Z80080073680070102102940802000Z1000100092010008012012011601002000

拼接式预制混凝土矩形渠为两个预制L形构件中间通过浇筑混凝土底板连接而成的过水断面呈矩形的混凝土渠。其产品示意图见图2，技术参数见表2。

图2 拼接式预制混凝土矩形渠

型号断面尺寸/mm深度h宽度a接口厚度b接口宽度c底外宽g壁最小厚度d壁最大厚度e底厚f转角半径r外深H长度LL10001000420601205421001201208011202000L12001200420701405641101401408013402000L140014005007815565912015515510015552000L160016008009018098414418018015017802000L18001800800100200100515520020015020002000

3 预制混凝土矩形渠的水力计算

根据流量推求方法，选取整体式预制混凝土矩形渠安全超高100mm水位进行流量计算,计算公式见式(1)，计算结果见表3，为计算灌溉面积、设计流量提供参考。

式中：Q为渠道过水断面流量，m3/s；ω为过水断面面积，m2；n为渠道糙率；R为渠道水力半径，m；i为渠道比降。

表3 整体式预制混凝土矩形渠过水断面流量计算表 m3/s

注：糙率系数n=0.013

拼接式预制混凝土矩形渠过流能力需通过水力计算获得，其渠宽设计值为渠高的1.3～2.6倍，其他参数按有关规范规定选取。

4 预制混凝土矩形渠优点

预制混凝土矩形渠真正实现了最佳输水断面输水，除具有传统渠道U形渠、梯形渠所有优点外，还具有以下优点：

(1)超高的力学性能。预制混凝土矩形渠具有强度更高，韧性更大等显著特点。抗压强度为50 MPa以上，是普通混凝土的2倍多，具有优良的力学特性。

(2)优异的耐久性。预制混凝土矩形渠使用悬浮式振动台振动而成，内部的空隙量极小，使得空气渗透数低，水分吸收值特别小，其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好，使用寿命可达20 a以上。能够抵抗300次以上的冻融循环试验。

(3)良好的环保性能。预制混凝土矩形渠使用的原材料是符合我国可持续发展战略要求的环保材料，在同等承载力条件下，CO2排放量是普通混凝土的一半左右，对不可再生的自然资源骨料的用量，只占普通混凝土的1/4。

(4)减少占地。预制混凝土矩形渠真正实现了最佳断面输水，与传统相同输水能力的U形渠道与梯形(内外坡均为1∶1)相比，减少渠线占地1/3以上。

(5)输水、节水效率高。预制混凝土矩形渠使用先进悬浮式振动台，表面更光滑、糙率更低，长度2000 mm，是传统渠道防渗结构U形、梯形渠长度500 mm的4倍，接缝少，输水、节水效率更高。

(6)装配构件质量优良、施工方便。装配构件放水口、止水条等配套齐全，组件配套安装方便、简单。矩形渠长度2000 mm，是传统渠道防渗结构U形、梯形渠长度500 mm的4倍，施工更加方便快捷。

(7)高性价比。预制混凝土矩形渠长度是传统渠道防渗结构U形、梯形渠长度的4倍。产品连接处采用遇水膨胀止水橡胶条密封，遇水膨胀止水橡胶条最大限度实现渠道防渗，而传统渠道防渗结构U形、梯形渠连接处采用水泥勾缝，安装施工过程中，预制混凝土矩形渠与传统渠道防渗结构U形、梯形渠相比，土方开挖、回填量大量减少，质量更容易控制，其整体防渗效果好，并取消了防渗膜的铺设。该技术省时省工，可减少工程造价。相比之下，其质量和使用寿命均优于梯形渠，预制混凝土矩形渠具有较高的性价比。

5 结 论

预制混凝土矩形渠真正实现了最佳输水断面输水，除具有传统渠道防渗U形渠、梯形渠所有优点外，还具有超高的力学性能、优异的耐久性、良好的环保性能、装配构件质量优良、减少占地、输水节水效率高、高性价比，是传统的渠道防渗结构U形渠、梯形渠的升级换代产品。可解决田间“最后1公里”问题。为保障国家粮食安全、促进经济平稳快速发展和社会和谐稳定奠定更加坚实的水利基础。

[1] 陶琦, 刘京天. 矩型渠混凝土性能研究[J]. 黑龙江水利, 2016, 2(6): 15-20.

[2] 孙景路, 张滨, 张守杰, 等. 渠道防渗新型结构体系的开发与应用[J]. 森林工程, 2015, 31(4): 158-160.

[3] 孙景路,张滨,张守杰，等. 一种渠道防渗输水水槽：中国，ZL 201320749927.6[P]，2014-06-18.

[4] 孙景路,曲祥民,刘道维，等. 一种加工U型水槽的模具：中国，ZL 201410060053.2[P]，2015-12-02.

[5] 张守杰,孙景路,张滨，等. 一种渠道防渗输水水槽的制备方法：中国，ZL 201410076812.4[P]，2015-10-28.

Review of the technology of precast concrete rectangular channel

SUN Jinglu1,TAO Qi1,CHANG Junde1,LIU Lijia1

(1.HeilongjiangProvinceHydraulicResearchInstitute，Harbin150080,China; 2.HeilongjiangSeasonalFrozenSoilRegionEngineeringFrozenSoilKeyLaboratory，Harbin150080,China)

According to the production, installation process,precast concrete rectangular channel is divided into integral precast concrete rectangular channel and spliced precast concrete rectangular channel,its monomer length 2000mm,it is the a good substitute of traditional U-shape channel and ladder type channel.Under the same flow capacity, it has the advantages of less land occupation, high water saving efficiency and so on.There are various types of products which are suitable for different flow section and it can meet the engineering needs at all levels of irrigation and drainage channels,as well as provide technical support for the construction of high standard farmland.

irrigation canal;precast concrete rectangular channel;integral channel;spliced channel;suspension vibration

水利部“948”计划项目(201316)

孙景路(1974-)，男，黑龙江富锦人，高级工程师，主要从事工程冻土和寒区水工技术研究工作。E-mail：sunjinglu74@163.com。

TU375

A

2096-0506(2017)06-0007-04