甘肃兴电灌区U形混凝土预制槽在渠道防渗工程中的应用（李斌春）

摘要：兴电工程管理局在U形混凝土预制槽近六年的施工实践中，对规划设计、施工方法、施工工艺、工程管理诸方面进行了有益的探索，U形槽防渗道具有水利用系数显著提高、投资省、成本低、建设速度快；减小渠道淤积及垮塌，加快流速，缩短输水入田时间等优点。兴电工程管理局尚有500km渠道来衬砌，渠道防渗工程任务繁重，大力推广U形渠槽防渗渠道建设是解决兴电工程渠道防渗的主要措施。

一、 灌区概况

兴堡子川电力提灌工程（简称兴电灌区）是甘肃省大型高扬程提水灌区之一，灌区位于甘肃省中部靖远县与宁夏回族自治区海原县、中卫县交界处。工程始建于1976年，1984年10月总干建成通水，1985年、1987年北干和东干相继建成通水，开始逐步发挥效益。

兴电灌区总土地面积64万亩，宜农面积58万亩。工程设计提水流量9.6 m3/s ，设计灌溉面积30.18万亩，设计年提水量1.2亿m3。

总干共建成大型泵站8座，总装机容量6.25万Kw，总扬程476.6m；建成总干渠1条，29.79km，干渠2条，59.4km；支干渠6条，45.23km，支渠41条，总长139km，斗渠592条，总长890km。兴电灌区自然环境差，紧靠腾格里大沙漠边缘，海拔高程在1575—1850m之间，地面平均坡度1/100—1/800。灌区植被稀少，气候干燥，降水量小，蒸发量大。

兴电灌区1999年列入全国大型灌区续建配套与节水改造项目,通过大型灌区续建配套与节水改造项目的实施，近七年来累计维修改造干渠4km，支干渠46km，支渠16条、斗渠108条216km，已发展有效灌溉面积29.2万亩。灌区防渗渠道渠系水的利用率由原来的0.66提高到0.68。防渗渠道的改造,大大改善了输水条件，节约了用水,缓解了用水供需矛盾。为灌区及时、适时、适量供水提供了保证，渠系水利用系数明显提高，提高了工程效益，降低了农民负担，也为农业产业发展开辟了广阔的前景。这一节水改造项目的实施将使老化工程获得了新的生命力,为农业经济生产发挥更大的作用。

二、渠道规划设计

1．位置的选择

防渗渠道应尽量避开湿陷地段。湿陷地段基础清基难以彻底，侧推力大，而U形混凝土自重偏小，兴电灌区U形预制构件重量测为：DU40槽重52.5kg/m，DU50槽重64kg/m，DU80槽重105kg/m，根据施工实践DU80槽在口宽0.97m情况下，高为0.67m，土侧压力远远大于槽身重量，在渠槽背后加混凝土支杆仍难阻渠道变形，基础沉陷更加剧了渠道的变形。

万一避不开湿陷地段，在兴电灌区一般在土质基础较差地段的U形渠槽后铺设防渗塑料，这样防止水的渗漏，从而避免土基湿陷，在北干四支改造中对部分渠段进行了上述处理，通过四年的运行，效果不错，没有出现渠段变形现象。或者采取打桩或干砌砌石处理理，在背面还应建挡土墙，以抵御土侧压力，也可减小渠道的变形。

“U”形混凝混土预制防渗渠道应尽量避免平行紧靠公路或机道，以免下雨路面雨水汇集漫渠，毁坏渠土堤，危及渠身，造成渠道破坏。无法避免时渠线应尽量布置在路肩墙外线1.2m以上，或者将渠线平台高程提高，一般将渠平台高于路20～30cm，这样既使雨水汇集不能毁坏渠土堤，又使渠平台高于路面，防止了车压渠。东干一支改造时就注意了这一点，采用了以上措施，确保了渠道、车辆和行人的安全。

2．渠道布置

兴电灌区干渠、干支渠、支渠布置方式大多采用“路—渠”形式，一般斗渠初砌也采用“路—渠”，因而“U”形渠的新建、防渗改造渠道也采用以上布置，这样的做的优点，便于维护，节约土地，群众容易接受，便于施工。

兴电灌区近几年在大型灌区续建配套与节水改造项目实施过程中对支渠的改造以及在土地治理、田间间工程配套实施中，依然采用了上述布置形式，其优点是：充分利用原有渠道，减小了工程量，避免了大量的土石方开挖；渠道断面减小，增加了路面宽度，使施工及运行中的交通重要条件得到了改善。

3．断面设计

支斗渠断面形式有：全UD40、全UD50和1/2UD60。预制厚度均为4cm。其中1/2UD60型槽，口宽72cm，渠深54cm，对底缝宽度做适当增加调整，使渠道的过水能力提高，流量随之加大。底缝采用C15细粒砼现浇。

（1）渠道流量的确定

“U”形混凝土预预制槽防渗渠道设计应根据灌溉面积作物布局来确定渠道断面尺寸。兴电灌区多年实践一直沿用灌溉面积确定引用流量的方法即每万亩灌溉流量0.5m3/s，依此类推。

对于连片种植的经济作物要适当加大引水流量，对灌区农田经济作用面积必须作细致周全的调查，以免造成引用流量过大，增加建设成本，引用流量过小，造成灌溉周期过长，农田受旱，作物减产。

（2）渠道比降的确定

“U”形混凝土预制槽防渗渠道渠首水位远高于农田最高点清水位，若按其比降势必较大，“U”形渠槽防冲能力虽能满足高速水流冲击，但施工难度比较大，外观不舒适，可增加必要的消力池调节比降，仍能满足使用，又可观舒适，还可减少土石方开挖量，降低工程造价。

（3）渠道断面形式选择及尺寸确定

兴电灌区近七年来安装“U”形混凝土预制槽大多以机制DU60、DU80或变形槽为主，斗渠衬砌大多以机制DU40为主。变形槽在预制槽顶加混凝土预制块或底缝加混凝土缝增加过水断面，增大过流量，达到增大灌溉流量目的。拼装混凝土预制槽倾角一般控制要15度以内，根据灌溉面积由明渠均匀流公式计算，确定断面大小和形式（如上表所示）。

三、施工技术

“U”形混凝土预制槽防渗渠道施工要求：“平、直、顺、滑、稳”即常规要求的三面四条线，即渠槽面渠口的两平面要求平整、光滑、密实，底线两条渠内口线和两条渠外口线要求顺畅、直顺。

在防渗砌筑以前，先要定好渠线。对渠道恢复工程建设，尽量选用原渠线，以避免扩大工程量。首先清除积土及弃物，一般至原渠底以下5～10cm，要安装“U”形槽前一星期清理完成，使渠底基面保持干燥，然后用钢丝刷或其他工具清除残留部分，以利渠槽基础处理。新开挖渠道应于基础前处理前7天挖出土坏，使基土在自然状态下降低水分，同时对渠土体和稳定性也得到检验，垮塌土应提前采用工程措施加固，然后方可进行基础处理。近几年来，兴电灌区对“U”形槽基础处理，一般先采用人工夯实基础后，再用水泥砂浆铺垫方法进行理处理。

1．土模坯的形成

按照设计要求，将“U”形槽和各部分绘成详图，加工出木模具，按模具进行开挖，并且要求施工人员将预制构件先运至工地，施工人员按“U”形槽现场放样，然后开挖，开挖标准土石模，每10m放一控制点，大体挖好后，在木模具处挂线进行修整，这样基本能保证不超挖，不欠挖。

2．铺设方法

土模形成后，把砂浆铺设在超挖地段，然后进行“U”形槽的安装，安装顺序一般按纵坡从上至下，板缝控制要求1～2cm之间，以利于勾缝，使渠槽形成整体。

3．“U”形背面处理

由于开挖断面与“U”形槽断面不十分吻合，渠槽背面有时会出现空洞，空洞填筑法通常有三种：①中粗沙填筑；②细石混凝土填筑；③原土人工夯实填筑。前面两种方式，施工方便，但造价较高，采用原土夯实填筑，也能起到密实效果。

4．渠顶封沿

为了增加“U”形渠槽的稳定性，防止地表水注入“U”形槽背面，减少内水压力，渠顶口应浇筑混凝土盖顶封沿，通过对加封沿和未加封沿渠道的比较，我们发现，加了渠槽封沿的U形渠变形较小，对侧土以压力，稳定性得到加强，并且渠道过水能力加大，效果较好。例如对北干四支1100m明渠的加沿设计对不利土质基础效果显著。

此道工序除具上述作用外，还可增加渠道的外观美，保证渠道的整体性。封沿混凝土为C10，一般宽15cm，厚6～10cm，混凝土基础一般分层夯实。施工中采用“L”形盖板，盖板长度1m，宽20 cm，板厚5 cm，齿长8～10cm，其优点是安装后平直、顺滑，向下入土基的齿能有效地阻上地表径流渗入，而且更加牢固。

由于“U”形混凝土预制槽产品不规则，再加上施工原因，往往在“U”形槽安装完成后，还需进行了二次检查，槽顶坡降，通过水泥砂浆或混凝土调整槽顶达到底坡降后，方可浇筑混凝土压顶。

5．勾缝中应注意的几个问题

板与板之间的勾缝，是提高防渗效果的关键，也是保证渠道整体的关键。因此，板缝之间必顺控制在1.5～2cm之内；缝内泥土及杂物必须用钢筋钩或其他工具清除。渠内杂物及泥土必须清除干净，板缝表面必须用水冲洗干净。灌缝材料可采用M10水泥砂浆填实，待灌缝材料初凝后，加抹表面，并刷素水泥浆，一般不勾凸缝，其不足为增加渠道糙率，容易引起集土及集渣。勾好缝后要用洒水养护，防止砂浆干缩裂缝。

6．伸缩缝施工

小型渠道一般不设纵缝，只在垂真水流方向设置横缝，缝间距一般为10m，缝宽2cm，伸缩缝填筑前，应先用钢筋钩或其他工具清除缝内杂物及泥土，并冲洗干净，缝壁清洁干燥，再用熬好的1：1：4水泥沥青砂浆填充2cm，其次涂5mm聚氯乙烯油膏，重复以上一次操作，达到5cm厚填充材料，沥青砂浆灌入缝内，并沿槽抹平。

四、工程施工中的体会

“U”形槽渠道使用寿命长，五年前安装的渠道运行至今，基本完好无损。但由于施工控制不尽到位以及其他原因，出现了少量变形、裂缝等情况，其损坏主要原因有，新渠或旧渠基础及槽背面填土夯实不够，旧渠道的杂物未清除干净；防渗渠道两侧未建浆砌石分界面，农户扩充土地，导致渠平台基础失稳，引起渠道变形；渠道施工时间要求紧，施工质量控制不严，混凝土槽板质量不好；衬砌后的“U”形槽防渗渠管理不到位，责任不明确。为了更好的确保施工质量，在分析出现损坏的基础上要在工程施工管理上狠下功夫，在以后的施工中注意以下几个方面的问题：

1．土渠在“U”形槽安装前，应对基础土壤的稳定性进行分析，湿陷性土壤应换干粘土后，分层夯实。旧渠道改造基础，清除底层残留物，再用砼或砂浆，严禁在旧基础工上安装“U”形槽，以免导致旧基础底部空洞，造成新的返工。

2．现浇混凝土压顶时要严格控制水灰比，严格按设计要求配比，不能用水泥砂浆代替混凝土，混凝土拌和均匀后，主方可浇筑，严禁撒水泥，重视混凝土的养护及保护，避免人为破坏，影响外观。

3．现浇混凝土压顶，混凝土厚度必须大于6cm，以充分利用混凝土抗拉性，浇筑混凝土压顶前保持基础干净。

4．根据设计选好原材料，对所有材料进行检查，指定地方性材料产地，以确保质量。

5．施工质量是防渗改造效果耐久性的重要因素，要保证渠道衬砌的质量，施工的质量管理是关键。施工中要强化工序管理，加强检测环节，做到确保工序，监保上工序，服务下序。

6．混凝土预制槽现场生产为工厂化生产，预制板模具采用制造尺寸合格的钢模，要定期校模。

7．业主应与施工单位签定工程质量长期责任书。

8．防渗渠建成并经上级验收小组验收合格后应及进交给受单位，由受盖单位负责管理，从而保证工程和长期效益。

参考文献

【1】 中国灌区协会编.渠道防渗技术论文集.北京.中国水利水电出版社

【2】 SL18-91.渠道防渗工程技术规范【S】

【3】 华东水利学院.水力学.北京.科学出版社.1979