预制装配式矩形混凝土渠道在南疆沙雅节水增收试点项目的应用

张 龙

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆地处内陆干旱区，降水稀少，蒸发强烈，农业生产对灌溉的依赖性很强。经过多年尤其是近20年的大力发展，新疆已基本形成较为完善，具备引、蓄、输、灌、排功能齐全的农田水利灌溉工程体系，其中各级渠道的重要性和作用凸显。在新疆，应用较为广泛的渠道断面为梯形、圆弧坡脚形、U形、梯形加矩形等结构形式；为解决冻胀破坏问题，渠道常采取砂砾石防冻层、苯板保温层、渠底设置排水、抗冻混凝土等工程措施；运用较为成功的渠道衬砌方式有现浇混凝土板、浆砌卵石、干砌石灌浆、预制混凝土板等[1]。2019年12月，水利部部长鄂竟平在首届节水论坛上提出：认真贯彻习近平总书记“十六字治水思路”，明确“水利工程补短板、水利行业强监管”的水利改革发展总基调，抓好节水优先的贯彻落实要靠研发先进节水技术，提高节水水平。为落实中央重点加强新疆维吾尔自治区南疆农业节水的决策部署，2017—2019年国家和自治区在阿克苏地区沙雅县渭干河灌区开展了南疆地区农业高效节水增收试点项目建设，工程措施的渠道防渗除梯形断面现浇混凝土衬砌方案外，推广应用了预制装配式矩形混凝土渠道衬砌方案。通过试点项目实践、运行总结分析，得知预制装配式矩形混凝土渠道具有占地少、高耐久性、抗冻胀性强、施工安装高效便捷等优点[2]。

1 灌区概况

渭干河灌区为灌溉农业区，目前灌区已建成平原反调节水库3座，总库容6500万m3，渭干河龙口引水枢纽1座，形成了渭干河总干渠、各县总干渠及配套的干、支、斗、农输配水体系，但灌区内部斗、农渠的防渗率较低。依据试点项目2017年试点项目渠道实施方案[3]，防渗渠道分布于沙雅县7个乡镇，2017年计划建设渠道95条111.6km，流量为4.9～0.06m3/s，其中，5条长15.6km的渠道，渠道流量较大，工程级别为中型，采用全断面现浇混凝土衬砌方案；90条长96.0km的渠道，渠道流量较小，工程级别为小型，采用预制装配式矩形混凝土渠道。

2 渠道横断面比选

2.1 断面型式的设计

选取红旗镇栏杆库孜拉克斗渠为典型渠道，渠道设计流量为0.26m3/s，进行现浇梯形混凝土断面、边坡预制渠底现浇梯形混凝土断面、预制装配式矩形混凝土断面和预制U形混凝土断面防渗形式的对比分析。渠道水利计算表见表1—2。

2.2 各种断面型式的比选

渠道断面比选表见表3，渠道断面方案如图1所示。

经比选，各种断面的优缺点如下：

表1 梯形和矩形渠道水利计算表

表2 U形渠道水利计算表

表3 渠道断面比选表

(1)现浇梯形混凝土板衬砌渠道具有过流能力大、接缝少，防渗效果好、板块大，整体性好等优点；缺点是占地多、伐树多。

(2)边坡预制渠底现浇梯形混凝土渠道具有过流能力大、施工便利、速度快的优点；缺点是占地多、伐树多。

(3)预制装配式矩形混凝土渠道具有占地少、伐树少、渠身强度高、可装配式安装和整体性好的优点；缺点是投资较高。

(4)预制U形混凝土渠道为装配式安装，具有施工速度快、投资最少的优点；缺点是渠道整体性差，易破损。

沙雅节水增收试点项目为推进水利工程规模化、标准化发展，充分利用先进设备和现代技术，体现渠道的多样化，在借鉴国内外先进农田排灌技术和工程应用情况的基础上，在新疆首次将预制装配式矩形混凝土渠道应用到农田水利工程上。

3 预制装配式矩形混凝土渠道

3.1 预制装配式矩形混凝土渠道型式

预制装配式矩形混凝土渠道横断面开口宽度为800～1200mm，渠深为800～1200mm。每节2m，采用C35F200W6新型薄壁装配式钢混凝土结构，分为800mm×800mm、1000mm×1000mm、1200mm×1200mm等型式。预制矩形槽底板厚8.4～14cm，槽底设40cm厚渭干河河砂防冻垫层；预制矩形槽边墙厚6～14cm，外边墙贴4cm厚保温苯板。堤顶培土宽度0.4m，渠堤外边坡系数为1:1.5。矩形渠连接处理采用高压闭孔板分缝、聚氨酯密封胶闭缝[4- 9]。

图1 渠道断面方案图

3.2 原材料技术指标

(1)水泥：采用P.O42.5MPa水泥。水泥强度技术指标为：3、28d抗压强度分别为21、42.5MPa，3、28d抗折强度分别为4.0、6.5MPa，初凝时间为45min，终凝时间为10h。

(2)混凝土等级：预制装配式矩形渠道混凝土强度等级为C35。

(3)抗冻胀河砂：采用沙雅县境渭干河河道淤积砂，岩性主要为含细粒土砂和级配不良砂，颗粒小于0.075的含量在2.5%～10.0%；河道淤积砂优先选用主河道土料，土料质量应满足规范要求。部分位于回水湾及河道开阔地带土料颗粒小于0.075的含量在10.0%～15.0%，不得作为抗冻胀料使用。

(4)钢筋：采用规格为6mm冷拔钢筋。6.5mm热轧钢筋冷拔至6mm调直，用钢筋网排焊机焊接，脱焊、漏焊点用绑丝绑扎；钢筋网片制作完成，折弯至110°～130°。

3.3 预制装配式矩形混凝土槽的生产

预制装配式矩形混凝土槽在沙雅县预制厂生产，达到强度后运输到施工现场，采用汽车吊砌筑安装。预制构件采用工厂化集中生产，由承包商就近采购。

主要关键技术工序有：混凝土配合比设计、模具组装工序、钢筋骨架制造工序、混凝土成型工序、混凝土养护工序、节水槽检验工序[10- 12]。

外观质量要求如下：

(1)主控项目：有平整度要求的部位应符合设计及规范要求；形体尺寸应符合设计要求，长度允许偏差+10、-5mm，上口宽、底宽允许偏差+5mm，壁厚、底厚允许偏差+5mm，整体矩形槽不能缺棱掉角，不能产生裂缝。

(2)一般项目：模具面平整度允许偏差3mm，手工面平整度允许偏差4mm；麻面、粘皮内壁累计面积不超过2%；设计水面以下不允许有蜂窝，设计水面以上累计蜂窝面积不超过1%；短小、深度不大于钢筋保护层厚度的表面裂缝经处理符合设计要求；不允许有贯穿缝。

3.4 渠道的施工

(1)安装流程：施工准备→土方开挖和填筑→验槽→渠底垫层铺设→矩形槽运至现场→垫层高程复核→吊装矩形混凝土槽→分缝处理→采用胶带粘贴固定苯板→回填两侧土方→矩形混凝土槽外观检测→交工验收。

(2)施工方法和步骤：将矩形混凝土槽采用轻型汽车运输至渠道边并吊下车，沿渠道水流向排列渠道边；采用小挖掘机吊装，人工辅助安装。

(3)施工质量要求：矩形预制板安装中心线和轴线位移水平轴线允许偏差5mm；构件安装标高允许偏差±20mm；构件垂直度允许偏差5mm；设计水位以下不允许缺边掉角，设计水位以上缺边掉角面积不大于100cm2，板与板之间不集中；相邻构件平整度的板底面内壁错台允许偏差5mm，内壁侧面允许偏差5mm；构件倾斜度的允许偏差5mm；预制矩形槽接缝的宽度、深度允许偏差±5mm。

3.5 渠道的特点

(1)渠道产品质量稳定。采用定型模具工厂预制，有效保证了产品的外形尺寸精度，使渠道壁厚均匀，混凝土质量稳定，混凝土耐久性有保障，同时可以根据不同的水文地质条件进行节水渠道抗内、外压性能设计。提高了工程的安全系数，保证工程的使用寿命。

(2)渠道配置钢筋。在定型模具中配置钢筋网，改变了渠道无钢筋的现状，提高了渠道的工程质量[13]。

(3)渠道施工速度快。预制装配式矩形混凝土槽便于安装，施工程序简单、速度快，投入劳动力少[14]。

(4)渠道输水效率高。预制装配式矩形混凝土槽的渠道糙率小于0.014，渠道表面光滑，水的阻力小、流速快，渠道不易淤积，并可减少渠道维护费用，管理便捷[15]。

4 结语

截止2019年年底，南疆沙雅节水增收试点项目上已建设预制装配式矩形混凝土渠道100多km，通过近两年的运行，在过水流量、防渗效果、耐用程度、占地尺寸、施工方法等方面，较其它断面型式具有较强的优势。施工工艺中的混凝土的振捣和养护是关键环节，直接影响到预制件的质量，应高度重视。在今后的推广应用中，还需在提高产品生产效率、增强产品质量、接缝材料选择等方面进一步探索、优化。