预制混凝土U型槽排水沟的设计与施工

陈会胜，王建英，赵真真

（莒县水利局，山东 莒县 276500）

莒县辖20个乡镇（街道）和1个省级经济开发区，1 195个村，总人口108万，总面积1 821 km2，是全国小型水利工程管理体制改革示范县、全省小型水库管理体制改革试点县、首批省级小型水库管理标准化县。现有小型水库212座，其中小（1）型水库21座，小（2）型水库191座，总库容为8 274万m3，兴利库容4 868万m3。近几年，莒县在小型水库除险加固和管理维护中，为更好地便于小型水库背水坡管理维护和提升外观形象，统一设计实施了预制混凝土U型槽排水沟，工程实施效果显著。

1　预制混凝土U型槽排水沟设计方案

1.1　排水沟的设计原则

根据小型水库除险加固实施方案要求，满足水库坝顶、背坡及坝端边坡排水需要，达到保证质量、节约投资、方便施工、美观新颖的效果。

1.2　预制混凝土U型槽排水沟断面规格确定

小型水库背水坡排水沟大多分为横向排水沟（垂直于坝轴线）、纵向排水沟（基本平行于坝轴线），横向排水沟即坝坡排水沟，纵向排水沟即背坡戗台排水沟、坝底脚排水沟；横向排水沟主要汇聚坝顶、坝坡及两端山坡雨水，水流量较小且流速快；纵向排水沟汇聚各横向排水沟来水，水流量较大，流速缓慢。根据以上实际情况，经水力计算，设计纵、横向排水沟过水截面尺寸为0.5 m×0.4 m及0.3 m×0.2 m，每块长分别为0.5 m、0.4 m，壁厚0.08 m、0.1 m，外形尺寸如下图。

2　预制混凝土U型槽制作

2.1　定制模具

按照设计图纸，加工塑料模具。模具数量应考虑批次生产量，能满足生产要求。

2.2　进行混凝土配合比试验

为满足设计强度要求要进行混凝土配合比设计试验。按照《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107）的规定，综合考虑耐冻性、耐久性及原材料，进行混凝土配合比试验。采用试配成果为：混凝土强度等级C25，42.5级普通硅酸盐水泥，水∶水泥∶砂∶石子=0.44∶1∶1.42∶3.17，中粗砂细度模数为2.5~3.5，粗骨料按二级配，碎石粒径10~20 mm、20~40 mm，比例为2∶1。为防止脱模粘皮，可适当添加早强减水剂。

2.3　浇筑施工

由于受U型槽厚度、模具限制，宜采用振动台制作。混凝土按标准拌制完成后，运至振动台旁料槽内，人工用铁锹分2层装入模具内，第一层装入混凝土为模具高度的60%，振动台振捣后再装入第二层，混凝土高度宜控制在高出模具顶面2.0 cm左右。第一次混凝土入模完成后，开动振动台，振动50 s，直至混凝土中气泡完全散尽，混凝土停止下沉，表面平坦、泛浆为止，然后加入第二层，重复上述工作。因模外混凝土表面为槽底面，粗糙面更宜于安装，无需进行平整。

2.4　做好养护

为保证混凝土适宜的硬化条件，使其强度不断增长，防止出现收缩裂缝，必须对预制混凝土U型槽加强养护。混凝土浇筑完成后，带模将混凝土构件移至养护区，12 h后覆盖喷水养护，24 h后脱模，脱模后及时对U型槽加以覆盖并保湿养护,可选用草帘、塑料布等材料；浇水养护的时间不得少于14 d，浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态，养护用水应与拌制用水相同;采用塑料布覆盖养护，应覆盖严密，并应保持塑料布内有凝结水。气温小于5℃，应采取保温防冻措施。

3　安装施工方法及注意事项

3.1　基础土方开挖

在大坝背水坡平整压实完成后，按照间距20~30 m设预制混凝土U型槽排水沟，按设计图纸测量放线，高程控制要预留5 cm垫层，应以安装完成后排水槽顶面低于坝坡面2 cm为宜，基槽上口宽度宜比构件开宽20 cm，开挖排水沟槽，由于横向排水沟槽土方量不大，宜以人工开挖；纵向排水沟槽用小型挖掘机小斗开挖，尽量避免超挖。

3.2　预制混凝土U型槽安装

在基槽开挖成型后，平顺好槽底，去除浮土；底部浇一层宽度与混凝土U型槽同宽、厚5 cm的砂浆垫层，垫层厚度要均匀；混凝土U型槽装运到施工现场，为避免碰撞破损，应用人工用绳子卸运就位安装，铺筑U型槽排水沟从最低处开始沿着逆水流方向铺筑，注意控制底高程，接口统一均匀；接口勾缝先将缝口的杂物清理清洗干净后，砂浆分层分次勾填密实。待砂浆勾缝凝固，一般2 d后进行两侧土方回填，回填土要清除杂草、树根、大石块等，并夯填密实；坝肩处槽底应低于坝顶5 cm，槽口与坝顶路缘石开口连接处用10 cm厚C15细石混凝土处理，形成一个斜扇面，利于坝顶雨水汇聚，防止流水冲刷槽底，避免坝顶积水。

4　工程效果分析比较

小型水库背坡预制混凝土U型槽排水沟工程与混凝土预制板排水沟、砌石排水沟工程比较如下：

4.1　节约工程投资

预制混凝土U型槽排水沟由于断面小，土方开挖量小，加之是批量生产，减少了劳动力投入；纵向U型槽排水沟综合造价137.3元/m，料石衬砌排水沟综合造价364.8元/m；横向U型槽排水沟综合造价81.0元/m，预制混凝土板排水沟综合造价86.8元。总体平均可节约投资40%以上。

4.2　保证了工程质量

根据往年水库检查情况，混凝土预制板排水沟易出现沟底砂浆面起鼓、冻融、流水冲刷沟底等问题；砌石排水沟易出现砂浆抹面冻融、脱皮等现象。预制混凝土U型槽采用工厂化批量生产，专业程度高，严格按配合比配料，养护及时到位，混凝土强度、抗冻、外观等方面均达到设计要求，工程质量有保障；莒县自2014年已在小型水库维修养护工程中使用混凝土U型槽排水沟，至今未出现质量问题。

4.3　便于施工，缩短工期

小型水库多处于交通不便的丘陵山区，物料运输困难，背坡、坡脚施工多需二次倒料。传统的砌石排水沟用料多，施工工期长、工序多、难度大；混凝土U型槽可前期在预制厂制作，能加快施工进度，且体积较小、便于运输，节约物料，施工简便快捷。

采用混凝土U型槽建设的排水沟外观新颖、美观大方，可起到美化环境、营造景观的目的，为小型水库标准化、精细化管理奠定了良好的基础。