２０１４年第１１期 （第４２卷） 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｎｏ．¨．２０ｌ４ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４２） 文章编号：１００７—７５９６（２０１４）１１—００５８—０３ 混凝土Ｕ形渠在北方地区的应用 张素仁 （忻州市水利勘测设计院，山西忻州０３４０００） 摘要：混凝土ｕ形渠道以造价低、进度快、过流能力大、沿程水头损失小、防渗效果好等特点 被迅速推广应用。在中国北方地区由于冬季气温较低，在ｕ形渠出现初期使用较少，但是随着 ｕ形渠工艺、技术的不断改进，经过大量实践后也迅速的被广泛使用。 关键词：混凝土ｕ形渠；设计要点；施工工艺；北方地区；推广应用 中图分类号：ＴＶ５４４ 文献标识码：Ｂ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｕ Ｓｈａｐｅｄ Ｃａｎａｌ ｉｎ Ｎｏｒｔｈ Ａｒｅａ ＺＨＡＮＧ Ｓｕ—ｒｅｎ （Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｘｉｎｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｖａｎｃｒｙ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉｎｚｈｏｕ ０３４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｕ ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｆａｓｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｂｉｇ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｂｉｌｉｔｙ，ｓｍａｌｌ ｆｉｒｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｄ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｇｏｏｄ ａｎｔｉ—ｓｅｅｐａｇｅ ｅｆｆｅｃｔ ｅｔｃ．ｗａｓ ｒａｐｉｄ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｒａｐｉｄｌＹ．Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｎｏｒｔｈ ａｒｅａ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ｗｉｎｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ Ｕ ｓｈａｐｅｄ ｃａｎａｌ ｒ ｗａｓ ｎｏｔ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ａｔ ｔｈｅ ｅａｒｌｉｅｒ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｉｔｓ ｂｅｉｎｇ ｃｒｅａｔｅｄ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｎ ｉｔｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔ ｗａｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｕ ｓｈａｐｅｄ ｃａｎａｌ；ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｎｏｒｔｈ ａｒｅａ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ０前言 １ 混凝土Ｕ形渠结构形式和性能 Ｕ形渠断面渠道采用底部为半圆或弧形，上部 随着对农村水利建设的重视，由牵头、 地方配套逐步对全国大中型灌区进行了续建配套节 为一定倾角直线段的断面形式，断面符合水流的自 水改造。经过２Ｏ多年的渠系续建节水改造，到目前 然特性，近似最佳水利断面，与常见的梯形断面渠道 为止，大中型灌区干渠、支渠已基本建设完毕，现阶 相比，具有流速分布均匀，近似最佳水利断面，流速 段灌区末级渠系建设已全面展开，在已建设的渠道 较快，且渠底有一定的反拱作用，整体性好，能适应 防渗结构形式中，混凝土ｕ形渠道以造价低、进度 寒冷地区地基不均匀冻胀变位，可以减轻冻害，减少 快、过流能力大、沿程水头损失小、防渗效果好等特 裂缝和错台现象。下面通过试验数据对比，可明显 点被迅速推广应用。在我国北方地区由于冬季气温 的看出，混凝土Ｕ形渠在防渗方面的优势 。 较低，在ｕ形渠出现初期使用较少，但是随着ｕ形渠 山西省翼城县利民灌区，采用静水法对各种防 工艺、技术的不断改进，经过大量实践后也迅速的被 渗渠道测试的结果见表１，１９８４年用静水法对山西 广泛使用…。 省祁县晓义井片灌区各种不同形式渠道测试结果见 表２。 ［收稿日期］２０１４—０６—０６ ［作者简介］张素仁（１９７９一），男，山西忻州人，工程师，从事水利设计工作。 一５８— 张素仁：混凝土Ｕ形渠在北方地区的应用 第１１期 ２混凝土Ｕ形渠主要适用范围 由于ｕ型渠通常埋深都比较浅，一般在冻土深 度以上，在北方冬季必然产生冻胀压力，混凝土Ｕ型 渠为素混凝土，经过几年冻融变化后，局部会产生拉 应力和剪力，根据混凝土的属性，它的抗拉、抗剪较 据《山西省１５形渠道防渗技术应用与发展》一文 中介绍，ｕ形渠道裂缝的产生是必然的，留与不留伸 缩缝的ｕ形渠道，都要产生横向裂缝，产生横向裂缝 的原因除温度应力的作用外，还有可能与土壤失水 后含水量减少产生干缩造成。既然裂缝不可避免， 设计中就应该在容易出现裂缝的增加伸缩缝的布 弱，断面大的相应冻胀力、拉应力越大，越宜破坏，且 置，必要时可在横缝的基础上加设纵缝。Ｕ形渠应２ 大断面Ｕ型渠的施工很难控制工程质量，所以北方 ４ Ｉｎ设置一道伸缩缝，缝内填沥青砂浆，在宜裂缝 ～地区适用于小断面ｕ形渠。 地段伸缩缝可为１ ｍ一道，但最小≥０．５ ｍ。除了增 经过多年实践，一般ｕ形渠半径≤１．１ ｍ，以半 径ｒ为３Ｏ～６０ ｃｍ为最佳，混凝土厚度在４～１０ ｅｍ。 Ｕ形渠半径ｒ超过６０ ｃｍ，采取平底Ｕ形断面或加大 宽度ｕ形断面，相对效果要好，但开口宽度≤３ ｍ 为宜。 表１静水法测试利民灌区各种防渗渠道的渗漏强度 表２静水法对晓义井片灌区各种不同形式渠道测试结果 ３北方地区混凝土Ｕ形渠常见的问题 通过对运行多年的Ｕ形渠观测，发现的Ｕ形渠 常出现问题的主要集中为： １）Ｕ型渠多出现底部裂缝，在冬季时明显看到 渠两边向中间弯曲，第二年春天又恢复原状。 ２）渠道多在圆弧与直线交界处断裂。 ３）渠道底部表面出现麻面，表层破坏。 ４）预制ｕ形块砂浆脱落，整块脱离渠道。 ４针对北方地区Ｕ形渠道问题的设计要点 ４．１防止ｕ型渠底部裂缝的设计 设伸缩缝根据不同情况还应对ｕ形渠道进行加固 设计。 ４．２防止渠道多在圆弧与直线交界处断裂的设计 要点 对于圆弧与直线段交界处得断裂主要是直线段 承受压力太大造成的，设计时应采用宽浅式渠道，加 大圆弧半径，过流能力不变的情况下缩短直线段距 离，达到减小直线段的土压力和冻胀压力。另一种 方法就是加大直线段的倾角，降低荷载水平压力。 ４．３ 防止渠道底部表层破坏的设计要点 渠道底部表层破坏如不考虑施工质量问题，从 设计方面分析主要原因①纵坡过陡，水流冲刷造成 渠底破坏，②纵坡过缓，余水排不出去，经过长期侵 蚀、冻融发生底部表层破坏，这种情况在北方为主要 原因。 第一种情况设计方案主要是调缓纵坡，增设跌 水，使水流平顺，不冲不淤；第二种情况，由于地形限 制无法调整的，需增设退水口，将渠道低处积水 排出Ｅ３］。 ４．４ 防止预制ｕ形块砂浆脱落的设计要点 预制块砂浆脱落主要是砂浆标号不够，或冬季 施工未采取保护措施，设计中应提高砂浆标号，冬季 施工需采取保温措施，砂浆拌合中添加速凝剂，抗 冻剂。 ４．５ Ｕ形渠道的加固设计 在土质比较差的北方地区要对ｕ形渠道进行加 固设计，主要方法有铺设垫层、加设肋梁、铺设土工 布等措施。 铺设垫层是对地基的加固，增加地基承载力，防 止地基不均匀沉降破坏；加设肋梁是加强Ｕ形渠自 身强度；铺设土工布，加强防渗，防止冬季发生渗透 冻胀破坏。 图１为ｕ形渠加设肋拱渠道断面图，图２为Ｕ 一５９— ２０１４年第１１期 （第４２卷） 黑龙江水利科技 Ｎｏ．１１．２０１４ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４２） 形渠加设垫层断面图。 图１ Ｕ形渠加肋梁横断面、侧视图 图２ Ｕ形渠加垫层横断面 ５ 北方地区建议采用预制Ｕ形渠道 根据已建成的ｕ形渠道，经过对比就会发现在 北方地区，预制Ｕ形渠道的使用寿命要比现浇的长。 经分析，预制安装的ｕ形预制块质量有保障，现浇混 凝土在施工中常出现下列问题： １）现浇ｕ形渠道是依靠土模来完成的，土模本 身稳定性差，再加上施工干扰，很容易变形，导致混 凝土壁薄厚不均匀。 ２）现浇混凝土不易振捣，骨料混合不均匀，经常 出现石子下沉到底部，严重影响Ｕ形渠的刚度。 ３）现浇混凝土由于施工进度快，容易造成混凝 土未完全凝固局部脱落现象。 ４）预制ｕ形块要适于人工搬运安装，所以分块 比较小，能更好的适应压力变位，防止发生结构 破坏。 预制ｕ形渠，还有不受工作面的特点，可以 多段施工，预制块加工简单，可批量生产，可加快施 工进度。 ６ 混凝土Ｕ形渠在北方地区需注意的施工 要点 现浇混凝土Ｕ形渠施工主要由土模开挖、混凝 土衬砌、割缝组成，预制混凝土ｕ形渠由土模开挖， 预制块砌筑。 ６．１ Ｕ型渠的土模施工 Ｕ型渠的土模施工是渠道质量控制的关键，土 模的施工为先把施工面整平，回填到衬砌高程，然后 一６０一 夯实达到规范强度，再进行开挖、修面最终形成ｕ形 土模。施工企业为了节约成本，常用施工工序为先 挖成Ｕ形土模，后用ｕ型铁模防护，然后进行渠道两 边夯实。这种工序减少了土方回填和Ｕ形渠范围内 夯实，显然会造成Ｕ形渠底部和两侧压实度不足，是 应该严禁使用的。 ６．２ Ｕ型渠混凝土衬砌 ｕ型渠衬砌通常采用渠道ｕ形机，这种机械的 特点是自动行走、自动下料、自动振捣、收边压顶一 次完成。 这个工序中混凝土的配比和振捣很重要，如果 混凝土配合比掌握不好，水分太大，容易离析，石子 下沉，水分小又不易黏合。 振捣同样很难控制，Ｕ型渠一般在６～８ ｃｍ左 右，一般的振捣棒根本无法使用，使用离心激振器也 很难控制骨料均匀拌合。 混凝土Ｕ形渠使用ｕ形机衬砌，要控制前进速 度，一定要等混凝土塑性达到规范指标，才能衬砌 下段。 ６．３混凝土ｕ形渠预制块砌筑 预制块砌筑关键是铺设砂浆，施工工序为先铺 设砂浆，后安装预制块，砂浆抹面后再安装下一预 制块。 施工企业经常为了省工省料，先把预制块全部 摆放好，再填缝、抹面，这种工序很容易造成缝内砂 浆不饱满，造成砂浆结合不紧密，经输水冲刷，表面 砂浆脱落。 ７ 结语 混凝土ｕ形渠防渗技术可靠，节水效果好，应用 范围广，同浆砌石梯形断面防渗渠道相比可节省投 资２０％～６０％左右，可节省土地２０％～３０％左右，渠 系水利用系数较土渠可提高４５％左右，经济效益显 著。随着北方地区各大中型灌区末级渠系节水改造 工程的实施，混凝土Ｕ形渠以其独特的优势，极具推 广前景。 参考文献： ［１］芦琴．混凝土衬砌渠道抗冻胀技术措施综述［Ｊ］．科技创 新导报，２０１２（０８）：１０８，１１０． 【２］王恒，赵力．严寒地区灌溉渠道防渗抗冻胀技术研究 ［Ｊ］．中国水运：下半月，２０１２（０６）：１９４—１９５． ［３］徐杰．地区渠道衬砌混疑土抗冻胀设计［Ｊ］．陕西水 利，２０１２（０２）：９９—１０１．
