□張旭（新鄉(xiāng)市水利勘測設(shè)計院）

山區(qū)小型渠道優(yōu)化設(shè)計與施工要領(lǐng)

□張旭（新鄉(xiāng)市水利勘測設(shè)計院）

山區(qū)小型渠道規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造細節(jié)易于忽視，質(zhì)量隱患多發(fā)。通過對矩形渠槽適用條件分析，提出混凝土整體式矩形渠槽僅適用于地面渠道、渠深1m以下、內(nèi)外荷載不大、墻背沒有動荷載的情況。渠深1m以上、環(huán)境條件相對復(fù)雜的渠道不適宜采用素混凝土整體式矩形渠槽結(jié)構(gòu)。對整體式渠槽結(jié)構(gòu)布置、變形縫構(gòu)造及施工常見技術(shù)問題進行分析優(yōu)化，為灌區(qū)節(jié)水改造設(shè)計、施工提供參考。

小型渠道；設(shè)計施工；結(jié)構(gòu)；構(gòu)造

0 前言

山區(qū)小型渠道控制面積分散，比降大斷面小，標準低，質(zhì)量差，年代久遠，損毀嚴重。以群庫灌區(qū)為例，山區(qū)支渠大多盤桓于陡坡山崖之上，控制面積540～1 700 hm2，設(shè)計流量0.50～ 1.40 m3/s，矩形渠寬0.50～2.30 m，渠深多為0.60～1.00 m。支渠大多建于上世紀六七十年代，紅土白灰砂漿砌石結(jié)構(gòu)。渠墻多為重力式矩形斷面，料石或塊石內(nèi)外側(cè)立鑲面，內(nèi)部空腔填充砂礫土石。有效防滲體不是整個重力式擋墻斷面，而是迎水面鑲砌的單皮砌石體。紅土白灰砂漿強度低，不耐水，極易滲漏損毀?！肚婪罎B工程技術(shù)規(guī)范》要求砌石防滲體砌筑砂漿標號不低于M7.50、勾縫砂漿不低于M10，現(xiàn)狀支渠大多不能滿足規(guī)范要求。拆除重建擬以混凝土整體式矩形渠槽為主，對其結(jié)構(gòu)布置、變形縫構(gòu)造以及施工常見技術(shù)問題進行分析探討。

1 矩形渠槽設(shè)計

鑒于山區(qū)小型渠道多位于陡坡、山崖之上，場地狹窄，清基開挖施工困難，按渠道防滲規(guī)范要求宜采用結(jié)構(gòu)緊湊的混凝土整體式U型或矩形渠槽。U型渠槽適于機械化整體成型，即使常規(guī)支模施工，對于山區(qū)盤繞曲折的渠線線型也較難適應(yīng)。山區(qū)小型渠道改造應(yīng)以混凝土整體式矩形渠槽為主，實踐證明深受群眾歡迎。矩形槽側(cè)墻和底板為整體澆筑剛性連接，按平面鋼架進行結(jié)構(gòu)分析。側(cè)墻和底板以彎曲變形為主。

為便于垂直澆筑混凝土，構(gòu)造要求側(cè)墻頂部厚度≥12 cm，側(cè)墻底部厚度和底板厚度根據(jù)強度及抗裂條件確定。小型渠道設(shè)計流速一般1～3 m/s，水流常含有砂礫石推移質(zhì)，渠道防滲規(guī)范要求底板厚度≥12 cm。綜合確定矩形渠槽側(cè)墻和底板最小厚度≥15 cm，常用厚度20 cm。對于較大過水?dāng)嗝?，為緩解轉(zhuǎn)角應(yīng)力集中，在側(cè)墻與底板連接轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)托承補角。

側(cè)墻和底板以彎曲變形為主，理論上側(cè)墻不宜采用素混凝土結(jié)構(gòu)。《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，素混凝土受彎構(gòu)件僅允許用于臥置在地基上的情況以及不承受移動荷載的情況。由于混凝土抗拉強度的可靠性低，混凝土收縮和溫度變化引起的效應(yīng)又難以估計，一旦發(fā)生裂縫，易造成事故，故對于由受拉控制的素混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)嚴格限制其適用范圍。此規(guī)定和國標《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定類似，但后者更為明確，素混凝土受彎構(gòu)件僅允許用于臥置在地基上以及不承受活荷載的情況。即除了“臥置在地基上以及不承受活荷載”這一種情況外，其余均不允許采用素混凝土受彎構(gòu)件。

鑒于小型渠槽結(jié)構(gòu)、受力均較小，渠道防滲規(guī)范指出小型渠道宜采用整體式U形或矩形渠槽。同時規(guī)定，渠基土穩(wěn)定且無外壓力時，U形渠和矩形渠防滲層的最小厚度為6 cm；渠基土不穩(wěn)定或存在較大外壓力時，U形渠和矩形渠宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。此規(guī)定和前述國標規(guī)定一致。顯然，素混凝土渠墻僅適用于渠基土穩(wěn)定、墻外沒有土壓力或土壓力很小的情況。對于有較大水壓力或渠墻外側(cè)有較高填土、填土上可能有活荷載等外力時，不應(yīng)采用素混凝土渠墻結(jié)構(gòu)，也就是不能采用素混凝土整體式矩形渠槽。山區(qū)小型渠道墻高大多0.60～1.00 m，結(jié)構(gòu)多在地面以上，墻外少有填土或松散培覆，鮮有人類活動干擾，邊界條件符合素混凝土有關(guān)規(guī)定。因此，山區(qū)渠深1 m以下小型渠道采用素混凝土整體式矩形渠槽是可行的。平原渠道多穿越耕地，墻外填土及耕作條件復(fù)雜，建議渠深1 m以上不宜采用素混凝土整體式矩形渠槽，仍以重力式擋墻為宜。

冬季積水、積雪導(dǎo)致地面小型渠道混凝土凍融損害時有發(fā)生。根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性要求，設(shè)計混凝土強度不低于C20，抗凍等級不低于F150，抗?jié)B等級不低于W4。

2 變形縫設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)布置

變形縫按作用不同分為伸縮縫、沉降縫、防震縫。小型渠道多為地面結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)底板埋深較小，受外界溫度影響與上部結(jié)構(gòu)相同。因此，伸縮縫和沉降縫應(yīng)合而為一，按沉降縫構(gòu)造處理，即基礎(chǔ)底板和上部側(cè)墻結(jié)構(gòu)全部沿豎直方向斷開。小型渠道體形矮小，毗鄰剛度相同，受地震作用影響較小，沉降縫基本可以滿足防震縫構(gòu)造要求。變形縫間距一般取3～5 m。巖基間距取小值，土基間距取大值；窄小斷面取小值，寬大斷面取大值。

山區(qū)小型渠道均依山就勢，平面多呈自然曲線。變形縫布置可沿渠道中軸線均布間距，變形縫平面沿中軸線法線方向，豎向貫通底板、側(cè)墻全部結(jié)構(gòu)。應(yīng)避免平曲線渠道兩側(cè)渠墻分別排列變形縫，導(dǎo)致底板、側(cè)墻變形縫交錯布置，有悖豎向貫通全斷面的目的。

巖基上直接澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，由于基巖與混凝土線脹系數(shù)不同，基巖基本不隨溫度變化而變化，混凝土因溫度變化收縮時受基巖約束產(chǎn)生收縮應(yīng)力。應(yīng)力累積釋放即產(chǎn)生裂縫，僅減小伸縮縫間距難以避免。應(yīng)在混凝土底板和巖基之間設(shè)置柔性隔離層。隔離層可采用0.40 mm聚乙烯膜一道。巖基或舊有結(jié)構(gòu)上渠底混凝土襯砌、渠墻混凝土壓頂同樣需設(shè)置伸縮縫和隔離層，以避免不規(guī)則裂縫的產(chǎn)生。

2.2 變形縫構(gòu)造

混凝土澆筑溫度的不同，致結(jié)構(gòu)單元可能膨脹，也可能收縮。平曲線單元的膨脹可能導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的位移、變形甚至斷裂。因此，變形縫應(yīng)兼具脹縫和縮縫的功能。構(gòu)造形式采用平頭矩形，不應(yīng)采用僅具縮縫功能的切割假縫。縫寬與結(jié)構(gòu)的伸縮變形量、沉降差、防震結(jié)構(gòu)變形有關(guān)，一般宜采用20～30 mm。縫寬尚應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面厚度確定。當(dāng)斷面厚度≤300 mm時，縫寬不應(yīng)＜20 mm；當(dāng)斷面厚度＞300 mm時，縫寬不應(yīng)＜30 mm。小型渠道斷面厚度、沉降變形均不大，變形縫寬度可取20 mm。

變形縫止水構(gòu)造包括填縫板和嵌縫密封材料。填縫板作為嵌縫密封材料的背襯，同時應(yīng)具有適應(yīng)變形縫變形的能力，可采用閉孔型聚乙烯泡沫塑料板。迎水面嵌縫密封材料應(yīng)具有止水密封作用并能適應(yīng)變形縫的變形。嵌縫密封料與混凝土的粘結(jié)力≥0.20 MPa，可采用聚硫密封膠、聚氨酯密封膠、硅膠等防水、有足夠的變形能力、與混凝土具有良好粘結(jié)性能的柔性材料。填縫板不具有止水性能，不能代替嵌縫密封材料，否則將導(dǎo)致止水失效。

迎水面嵌縫密封寬度20 mm，嵌縫料深度≥15 mm。嵌縫密封料與混凝土表面應(yīng)預(yù)留一定的距離。低溫嵌縫時可預(yù)留5～2 mm，高溫嵌縫時可預(yù)留2～0 mm。則嵌縫口預(yù)留凹槽深度為20 mm。嵌縫密封料應(yīng)保證與兩側(cè)的混凝土良好粘接，但不應(yīng)與其下部的填縫板粘接在一起，必須設(shè)置泡沫塑料圓條或油紙等隔離層。

設(shè)置變形縫的目的是提供結(jié)構(gòu)單元變形的余地。因此，變形縫全斷面不能被填縫板以外的雜物或抹面砂漿所填充，亦即填縫板應(yīng)滿填結(jié)構(gòu)迎水面至背水面全斷面。對于形體寬大的重力式擋墻斷面，可沿墻的內(nèi)、外、頂三面設(shè)置填縫板，填塞深度不宜＜200 mm，內(nèi)部形成中空以節(jié)省投資。

3 施工技術(shù)要點

3.1 渠道結(jié)構(gòu)施工

變形縫沿縱向?qū)⑶澜Y(jié)構(gòu)分割成若干獨立單元，每個單元須獨立支立側(cè)模、端模，澆筑成型，則相鄰單元勢必分序跳倉施工。應(yīng)避免為提高模板使用率而將相鄰單元結(jié)構(gòu)同序施工，僅預(yù)置變形縫填縫板來分割單元形成變形縫。柔性填縫板的剛度不可能代替端模保證結(jié)構(gòu)的定位和定型，混凝土澆筑過程將使其嚴重變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)定型、變形縫定位均不能滿足設(shè)計要求。

矩形渠槽施工常見底板和側(cè)墻分序支模澆筑有誤，即施工縫設(shè)置在側(cè)墻根部不當(dāng)。施工縫宜設(shè)置在構(gòu)件受力較小、便于施工的部位。側(cè)墻作為受彎構(gòu)件，根部受力最大，施工縫處理、模板接縫、混凝土澆筑振搗等極易在此形成薄弱環(huán)節(jié)、質(zhì)量隱患，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂滲漏。參照蓄水池池壁施工要求，必要的施工縫宜留在底板上面≥20 cm處；當(dāng)?shù)装迮c側(cè)墻連接有腋角時，宜留在腋角上面≥20 cm處。鑒于小型渠道側(cè)墻高度不大，底板和側(cè)墻完全可以一次立模、連續(xù)澆筑成型而不留施工縫。

3.2 變形縫施工

渠道結(jié)構(gòu)分序跳倉施工，則填縫板應(yīng)在一序先澆注的混凝土澆注前安裝并固定在端模板內(nèi)側(cè)，不得在澆注混凝土后粘貼在混凝土上。為預(yù)留填筑嵌縫密封料的凹槽，可用閉孔泡沫板條穩(wěn)固在填縫板或模板上。二序混凝土澆注并達到一定強度后，嵌縫前拉出壓條形成凹槽。不得將加寬整塊填縫板代替凹槽澆注在混凝土內(nèi)，之后再剔鑿出凹槽。為避免串漿，預(yù)置填縫板寬度可略大于側(cè)墻厚度，側(cè)模壓縮后與側(cè)墻同厚。密封料嵌縫前，應(yīng)對縫口邊緣有缺陷的混凝土進行檢查修補，保證縫內(nèi)界面潔凈干燥。為避免污染結(jié)構(gòu)表面，嵌縫前可在縫口兩側(cè)粘貼膠帶加以防護。

4 結(jié)語

小型渠道規(guī)模不大，量大面廣?；炷琳w式矩形渠槽結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，但適用條件嚴苛，應(yīng)慎重選型。類似山區(qū)小型渠道多在地面以上、渠深較小、墻外少有填土或松散培覆、鮮有人類活動干擾，方可適用。對渠道結(jié)構(gòu)、變形縫布置及構(gòu)造、施工工藝措施應(yīng)引起足夠重視，避免構(gòu)造細節(jié)形成質(zhì)量隱患。

TV222

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1673-8853（2017）03-0046-02

2017-1-5

編輯：劉長垠 韋詩佳

張旭（1964.1-），男，工程師。主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計和研究。