孫景路，陶 琦，?？〉拢瑒Ⅺ惣?/p>

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省季節(jié)凍土區(qū)工程凍土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080)

預(yù)制混凝土矩形渠技術(shù)研究與應(yīng)用

孫景路1,2，陶 琦1,2，?？〉?,2，劉麗佳1,2

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省季節(jié)凍土區(qū)工程凍土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080)

預(yù)制混凝土矩形渠按生產(chǎn)、安裝工藝分為整體式預(yù)制混凝土矩形渠和拼接式預(yù)制混凝土矩形渠，其單體長度2000 mm，是傳統(tǒng)的渠道防滲結(jié)構(gòu)U形渠、梯形渠升級換代產(chǎn)品。在相同的過流能力條件下，矩形渠具有占地少,輸水、節(jié)水效率高等優(yōu)點(diǎn)。多種型號產(chǎn)品可適合不同的過流斷面需求，滿足各級灌排渠道工程需要，為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提供技術(shù)保障。

灌排渠道；預(yù)制混凝土矩形渠；整體式；拼接式；懸浮式振動

水利事業(yè)歷來是事關(guān)民生的事業(yè)。水，是生命的源泉，更是農(nóng)業(yè)的命脈。近年來，中央堅(jiān)持把農(nóng)田水利建設(shè)作為保障農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展和國家糧食安全的重要基礎(chǔ)，不斷完善政策支持體系[1]，加大各項(xiàng)工作力度，推動農(nóng)田水利進(jìn)入新的發(fā)展階段。渠道防滲是諸多農(nóng)田灌溉節(jié)水措施中經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的主要節(jié)水措施之一，也是目前我國應(yīng)用最廣泛的節(jié)水工程技術(shù)措施[2]。U形混凝土防滲渠輸水是農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉和提高渠道輸水能力的有效方法，在水利工程中被廣泛采用， 尤其是中小型閘、壩、涵洞、渡槽、跌水等進(jìn)出口連接段多采用這種結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)的U形渠結(jié)構(gòu)主要是工廠預(yù)制，然后現(xiàn)場組裝。限于技術(shù)條件，具有結(jié)構(gòu)尺寸較小、工藝水平低、滲流損失嚴(yán)重等問題。很多渠線年久失修也對灌區(qū)農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)產(chǎn)生了較大影響。2013年黑龍江省水利科學(xué)研究院抓住機(jī)遇，貫徹落實(shí)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，以“推進(jìn)水利行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)水資源優(yōu)化配置和節(jié)約保護(hù)，提高水利裝備開發(fā)能力，提高水利科技創(chuàng)新能力，用高新技術(shù)改造水利傳統(tǒng)行業(yè)，推動水利現(xiàn)代化建設(shè)，提高我國水利科技創(chuàng)新能力”，通過先進(jìn)渠系建筑物制造關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)工藝研究，建立了試驗(yàn)示范基地。開發(fā)了預(yù)制混凝土矩形渠系列產(chǎn)品，解決田間“最后1公里”問題。為保障國家糧食安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定奠定更加堅(jiān)實(shí)的水利基礎(chǔ)。

1 預(yù)制混凝土矩形渠生產(chǎn)工藝簡介

預(yù)制混凝土矩形渠[3]采用國際先進(jìn)混凝土成形技術(shù)、獨(dú)自研發(fā)的模具[4]和國產(chǎn)設(shè)備配套組成的生產(chǎn)線生產(chǎn)[5]。該技術(shù)采用懸浮式振動臺+模具邊布料邊振動成形，平面流轉(zhuǎn)，機(jī)組流水生產(chǎn)工藝，隧道連續(xù)養(yǎng)護(hù)方式。生產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍3～3.5 min，可以適應(yīng)不同型號的矩形渠的生產(chǎn)。矩形渠生產(chǎn)線每天產(chǎn)能約為100 m3的矩形渠產(chǎn)品。設(shè)計(jì)采用模具平面流轉(zhuǎn)的方式，養(yǎng)護(hù)窯前后采用自動運(yùn)行的擺渡車。生產(chǎn)線自動運(yùn)行，在各個(gè)工位同時(shí)可以人工干預(yù)，便于控制生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)組織管理。矩形渠生產(chǎn)線分為五大系統(tǒng)：配料攪拌系統(tǒng)、布料振動系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、脫?；啬Ｏ到y(tǒng)、電控系統(tǒng)。

2 預(yù)制混凝土矩形渠開發(fā)

矩形渠產(chǎn)品混凝土技術(shù)參數(shù)為C50，F(xiàn)300。預(yù)制混凝土矩形分類，預(yù)制混凝土矩形渠按生產(chǎn)、安裝工藝分為整體式預(yù)制混凝土矩形渠和拼接式預(yù)制混凝土矩形渠，其單體長度均為2000 mm。

整體式預(yù)制混凝土矩形渠為過水?dāng)嗝鏋榫匦蔚幕炷翗?gòu)件。其產(chǎn)品示意圖見圖1，技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 整體式預(yù)制混凝土矩形渠

型號斷面尺寸/mm上口寬度a下口凈寬b深度c壁最小厚度d壁最大厚度e底厚f底外寬g轉(zhuǎn)角半徑r長度LZ300300276300405252380402000Z400400368400405656480602000Z500500460500608080620802000Z600600552600608484720802000Z700700644700709898840802000Z80080073680070102102940802000Z1000100092010008012012011601002000

拼接式預(yù)制混凝土矩形渠為兩個(gè)預(yù)制L形構(gòu)件中間通過澆筑混凝土底板連接而成的過水?dāng)嗝娉示匦蔚幕炷燎Ｆ洚a(chǎn)品示意圖見圖2，技術(shù)參數(shù)見表2。

圖2 拼接式預(yù)制混凝土矩形渠

型號斷面尺寸/mm深度h寬度a接口厚度b接口寬度c底外寬g壁最小厚度d壁最大厚度e底厚f轉(zhuǎn)角半徑r外深H長度LL10001000420601205421001201208011202000L12001200420701405641101401408013402000L140014005007815565912015515510015552000L160016008009018098414418018015017802000L18001800800100200100515520020015020002000

3 預(yù)制混凝土矩形渠的水力計(jì)算

根據(jù)流量推求方法，選取整體式預(yù)制混凝土矩形渠安全超高100mm水位進(jìn)行流量計(jì)算,計(jì)算公式見式(1)，計(jì)算結(jié)果見表3，為計(jì)算灌溉面積、設(shè)計(jì)流量提供參考。

式中：Q為渠道過水?dāng)嗝媪髁?，m3/s；ω為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；n為渠道糙率；R為渠道水力半徑，m；i為渠道比降。

表3 整體式預(yù)制混凝土矩形渠過水?dāng)嗝媪髁坑?jì)算表 m3/s

注：糙率系數(shù)n=0.013

拼接式預(yù)制混凝土矩形渠過流能力需通過水力計(jì)算獲得，其渠寬設(shè)計(jì)值為渠高的1.3～2.6倍，其他參數(shù)按有關(guān)規(guī)范規(guī)定選取。

4 預(yù)制混凝土矩形渠優(yōu)點(diǎn)

預(yù)制混凝土矩形渠真正實(shí)現(xiàn)了最佳輸水?dāng)嗝孑斔哂袀鹘y(tǒng)渠道U形渠、梯形渠所有優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)超高的力學(xué)性能。預(yù)制混凝土矩形渠具有強(qiáng)度更高，韌性更大等顯著特點(diǎn)?？箟簭?qiáng)度為50 MPa以上，是普通混凝土的2倍多，具有優(yōu)良的力學(xué)特性。

(2)優(yōu)異的耐久性。預(yù)制混凝土矩形渠使用懸浮式振動臺振動而成，內(nèi)部的空隙量極小，使得空氣滲透數(shù)低，水分吸收值特別小，其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好，使用壽命可達(dá)20 a以上。能夠抵抗300次以上的凍融循環(huán)試驗(yàn)。

(3)良好的環(huán)保性能。預(yù)制混凝土矩形渠使用的原材料是符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的環(huán)保材料，在同等承載力條件下，CO2排放量是普通混凝土的一半左右，對不可再生的自然資源骨料的用量，只占普通混凝土的1/4。

(4)減少占地。預(yù)制混凝土矩形渠真正實(shí)現(xiàn)了最佳斷面輸水，與傳統(tǒng)相同輸水能力的U形渠道與梯形(內(nèi)外坡均為1∶1)相比，減少渠線占地1/3以上。

(5)輸水、節(jié)水效率高。預(yù)制混凝土矩形渠使用先進(jìn)懸浮式振動臺，表面更光滑、糙率更低，長度2000 mm，是傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形渠長度500 mm的4倍，接縫少，輸水、節(jié)水效率更高。

(6)裝配構(gòu)件質(zhì)量優(yōu)良、施工方便。裝配構(gòu)件放水口、止水條等配套齊全，組件配套安裝方便、簡單。矩形渠長度2000 mm，是傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形渠長度500 mm的4倍，施工更加方便快捷。

(7)高性價(jià)比。預(yù)制混凝土矩形渠長度是傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形渠長度的4倍。產(chǎn)品連接處采用遇水膨脹止水橡膠條密封，遇水膨脹止水橡膠條最大限度實(shí)現(xiàn)渠道防滲，而傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形渠連接處采用水泥勾縫，安裝施工過程中，預(yù)制混凝土矩形渠與傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形渠相比，土方開挖、回填量大量減少，質(zhì)量更容易控制，其整體防滲效果好，并取消了防滲膜的鋪設(shè)。該技術(shù)省時(shí)省工，可減少工程造價(jià)。相比之下，其質(zhì)量和使用壽命均優(yōu)于梯形渠，預(yù)制混凝土矩形渠具有較高的性價(jià)比。

5 結(jié) 論

預(yù)制混凝土矩形渠真正實(shí)現(xiàn)了最佳輸水?dāng)嗝孑斔哂袀鹘y(tǒng)渠道防滲U形渠、梯形渠所有優(yōu)點(diǎn)外，還具有超高的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐久性、良好的環(huán)保性能、裝配構(gòu)件質(zhì)量優(yōu)良、減少占地、輸水節(jié)水效率高、高性價(jià)比，是傳統(tǒng)的渠道防滲結(jié)構(gòu)U形渠、梯形渠的升級換代產(chǎn)品。可解決田間“最后1公里”問題。為保障國家糧食安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定奠定更加堅(jiān)實(shí)的水利基礎(chǔ)。

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

[2] 孫景路, 張濱, 張守杰, 等. 渠道防滲新型結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 森林工程, 2015, 31(4): 158-160.

[3] 孫景路,張濱,張守杰，等. 一種渠道防滲輸水水槽：中國，ZL 201320749927.6[P]，2014-06-18.

[4] 孫景路,曲祥民,劉道維，等. 一種加工U型水槽的模具：中國，ZL 201410060053.2[P]，2015-12-02.

[5] 張守杰,孫景路,張濱，等. 一種渠道防滲輸水水槽的制備方法：中國，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”計(jì)劃項(xiàng)目(201316)

孫景路(1974-)，男，黑龍江富錦人，高級工程師，主要從事工程凍土和寒區(qū)水工技術(shù)研究工作。E-mail：sunjinglu74@163.com。

TU375

A

2096-0506(2017)06-0007-04