渠道防渗新型结构体系的开发与应用

孙景路 张滨 张守杰 武永娜

摘要：为减少渠系体系的占地面积，减少渗漏，增大过流能力，开发新型矩型槽结构是一个重要的研究方向。本研究在传统U型槽的基础上，开发新型矩型槽产品，长度为2m，是传统U型槽尺寸的4倍；混凝土强度等级c50，抗渗系数F300的混凝土结构，并采用添加镀铜钢纤维增加防锈及抗裂；应用腻子型遇水膨胀橡胶，提高接头变形的相容性，提高抗渗性。生产工艺可以适应断面上口宽度为300—1000mm的多种规格混凝土矩型水槽制品的生产；水槽生产线每天产能约为100 II13混凝土矩型槽；生产线自动运行，在各个工位同时可以人工干预，便于控制生产节拍及生产组织管理。渠道防渗新型结构体系对渠系体系的发展具有重要的应用价值。

关键词：矩型槽；新型结构；渠系防渗；膨胀橡胶；生产工艺

中图分类号：S 773；TV5

文献标识码：A

文章编号：1001-O05X（2015）04-0158-03

U型槽在渠系体系用于输水，可以部分取代现场施工的明渠，传统的U型槽结构主要是工厂预制，然后现场组装。限于技术条件，具有其结构尺寸较小、工艺水平低、渗流损失等问题。鉴于传统U型槽存在的问题，本论文进行了系统的分析并开发了相关的替代升级产品进行推广应用。

U型槽结构形式在水利工程中广泛的被采用，尤其是中小型闸、坝、涵洞、渡槽、跌水等，进出口连接段多采用这种结构形式。目前，常用的U型槽长度在0.5m，预制件分为整体式和组装式，整体式规格多用UD30、UD40、UD50和UD60。成都双流县从1990年起开始全县在农、毛渠整治上推广使用混凝土预制U型槽，规格从U30至U100，以U50和U60最为普遍。新疆地区常用的整体式规格有D60、D80、D100、D120和D140 5种。U型槽混凝土抗压强度一般为C15～C20。强度偏低，尤其在寒区，强度其抗冻要求较高，现有的U型槽相关指标很难到达使用要求。

目前预制成型机械主要有以下几种类型。节水灌溉示范工程采用比较成熟的一种型号是DLZY-A，东营市在节水灌溉的一项示范工程中采用了该种机型，其采用的是多腔底震挤压的方法。另一种是混凝土构件LZYB-1型的成形机。该种机型采用液压及振捣结合原理，对于普通混凝土以及水泥土可以一次浇筑成型。该种机器的主要特点是一台主机配有两个机头，因此该种机器可以同时安装各种规格的模具及压头。采用此预制机械，预制流程简单，厂棚及预制设备投资小、机动灵活，并且预制混凝土U型槽具有工艺先进、造价低廉等优点。应用LZY成型机可以生產U型及半U型的混凝土预制构件。LZY成型技术和LZY系列U型混凝土构件成型机适用于面广量大的中小型渠道防渗T程，该种构件是采用振动器振动密实、立式、80t的液压机液压的原理。另外一种是卷板式的混凝土渠槽生产工艺，是利用混凝土的自重和在初凝前的可塑性实现平板振捣及弯曲成型有机结合生产渠槽，具体操作可分为4个步骤，包括拌合、振捣、弯曲定型及养护。振动器的合理选择、外加剂的种类及添加方法、混凝土配合比设计是影响构件质量的重要因素。目前应用较多的有手动式（QY-1型）和电动式（QY-2型）两种混凝土U型渠槽预制机。电动式混凝土U型槽预制机械可分为弯曲成型机、槽定型机及配套机械等三大部分。混凝土U型渠道因为比梯形具有更多的优点被较为广泛的采用。但是，对于手工现浇U型渠道而言，存在着质量难以控制等诸多问题。目前，虽然已研制并一定程度的在实际工程中采用的混凝土渠道衬砌机，在某种程度上解决了一些问题，但仍易受能源和交通、地下水位、地质条件等条件限制，对于混凝土U型现浇渠道的推广仍然有很多的问题需要解决。我国在近些年的农业开发及渠道改造的工程项目中进行了一定规模的推广，但是混凝土预制U型槽防渗工程的质量的优劣，混凝土“U”型槽施工安装还是起到至关重要的作用。安装质量的好坏将直接影响到混凝土U形槽的使用效果。因此如果要掌握U型渠槽的施工过程及施工技术，安装环节的控制就显得极为重要。

综上所述，传统U型槽具有尺寸小，强度低，抗渗差，生产工艺及施工工艺水平低等问题，在推广应用中存在着诸多问题。为此，本论文系统的分析并开发了相关的产品进行推广应用，取得较好的效果。

1 新型结构体系

本研究采用混凝土强度等级C50，抗冻指标为F300。长度为2m的混凝土结构，该种新型矩型槽目前已经可以生产的系列产品具体技术参数见表1。

1.1 腻子型膨胀橡胶

PN腻子型遇水膨胀橡胶，该种膨胀橡胶是一种橡胶的新产品。其能够在遇水后达到2～3倍的变形膨胀，并且能够有效充满接缝的不规则间隙、空穴，同时还能够产生较大的接触压力，从而可以彻底防止结构接触面的渗漏。当混凝土结构的接缝或施工缝发生位移，超出材料的弹性变形范围的时候，普通型止水材料橡胶就会失去止水作用。腻子型遇水膨胀橡胶具有移动补充性强，可白行封堵新的微小裂隙，膨胀倍率高等功能。

通常在封闭条件下使用遇水膨胀橡胶时，遇水后膨胀率并不能够达到其静水条件下的最大膨胀率状态，但是会产生一定的接触压力。通过接触面间的这种压力作用，该种膨胀橡胶就可以发挥其较好的密水作用。

1.2 镀铜钢纤维

镀铜钢纤维为高性能增强纤维，由超高强度的冷拔钢丝经镀铜工艺加工而成，具有超高的抗高强、抗拉、抗磨、抗裂、抗弯、抗拆、抗冲击等性能。应用这种镀铜钢纤维后能大幅度提高混凝土的抗折强度及整体结构的韧性，是近些年来发展起来的一种新型的钢纤维。其较为广泛地用于桥面铺装、钢纤维混泥土路面等工程中，常用的镀铜微丝钢纤维长度12～14mm，直径0.18～0.23mm。

1.3 结构系统的防渗效果

由于矩型槽混凝土结构本身采用C50的强度等级，其抗冻指标为F300，并且预制件之间的连接采用的腻子型遇水膨胀橡胶，抗变形能力较强，因此整体的抗渗效果比传统的U型槽结构更加明显。

2 成套的生产工艺

2.1 U（矩）型水槽生产工艺和连续养护方式

生产线运行节拍3～3.5min，可以适应300～1000多种规格混凝土矩型水槽制品（长度2000mm）的生产。水槽生产线每天产能约为100m³的混凝土U（矩）型槽。采用模具平面流转的方式，养护窑前后采用自动运行的摆渡车。生产线自动运行，在各个工位同时可以人工干预，便于控制生产节拍及生产组织管理。U（矩）型水槽生产线分为五大系统：电动控制系统、配料系统、振捣动系统、脱模回模及试件养生系统。

2.2 系統组成

配料搅拌系统由行星式立轴搅拌机、配料系统、外加剂计量添加系统、水量计量系统、气控系统、电控系统、螺旋输送机、水泥仓等组成，主要功能是完成混凝土的配制及搅拌。布料振动系统则由供料器、布料机械、振动机械及输送机和升降平台组成，主要是完成混凝土的布料、振动成型的功能。养护系统由养护通道、养护窑前后摆渡车及养护窑内辊轮等组成。脱模系统由输送机、气动脱模台（具有保护输送线功能）、成品运输系统、吊具等组成。电控系统是整条U（矩）型水槽生产线的核心部分，选取了西门子S7-300可编程控制器（PLC），德国西门子变频器，PROFIBUS总线控制，PILZ的安全继电器，PHONIX机械设备避雷专用装置等世界最先进的电子产品，这种配置在国内外同行业处于绝对的领先地位。生产工艺流程如图1所示，养护完成后的成品堆放及试组装如图2所示。

3 效果分析

传统的渠道防渗体系尺寸小，生产过程以及结构安装等环节存在着一定的缺陷，极大地限制了产品的推广应用。新型的渠道防渗体系具有大尺寸，新结构，完善的生产工艺流程及简易合理的安装方法等优点，新型的渠道防渗体系在使用过程中具有更好的抗渗性，可以减少从结构中渗入基础的水量，因此该种结构具有更好的抗冻胀性和更高的输水系数。

4 结束语

新型U（矩）型槽长度2000mm，是传统渠道防渗结构U形、梯形槽长度500mm的4倍。新型U（矩）型取水口、止水条等配套齐全，产品连接处采用遇水膨胀止水橡胶密封，而传统渠道防渗结构U形、梯形槽连接处采用水泥勾缝，最大限度实现渠道防渗。

通过先进渠系建筑物新型U（矩）型槽生产工艺研究并实施，建立中试基地，以此为依托，进行深入系统的研究，解决更多的理论和实际问题，不断的完善和发展该项技术，最终使其成为一项具有广泛适用性的成熟技术并在全国推广应用。