小型農(nóng)田水利工程矩形渠道施工技術(shù)研究

□ 靳亞雄

（甘肅省莊浪縣水務(wù)局，甘肅 莊浪 744699）

關(guān)鍵字：矩形渠道；施工技術(shù)；小型農(nóng)田；設(shè)計優(yōu)勢；施工要點

矩形渠道施工在現(xiàn)代化小型農(nóng)田水利工程施工中技術(shù)先進性較為明顯，結(jié)構(gòu)更具有穩(wěn)定性，工程造價較低，施工操作相對較為簡單，并且在實際應(yīng)用中占用的耕地面積比較小，該種設(shè)計方式使得小型農(nóng)田水利工程耐久性更好，強度更高，可以提高矩形渠道施工質(zhì)量，充分發(fā)揮其在農(nóng)田灌溉方面的作用，確保水利工程的使用性能?；诖?，本文對矩形渠道施工技術(shù)要點進行簡要分析，并研究如何做好原材料選擇配比和施工養(yǎng)護、提升小型農(nóng)田水利工程的應(yīng)用持久性等。

一、矩形渠道施工的基本概念和設(shè)計優(yōu)勢

現(xiàn)階段我國渠道形式多為“U”形、弧形渠底梯形、弧形坡腳梯形等形式［1］。矩形渠道更加適用于耕地資源較緊缺的山區(qū)，也可以用于耕地資源效益較高的區(qū)域，該種工程設(shè)計的截面、斷面規(guī)則，施工工藝簡單，通過一些防滲措施，能防止動植物穿透或其他外力的破壞，防滲效果好，可以提高水的利用率，一般能減少滲漏90%～95%，在一定程度上可以增加灌溉保證率，便于養(yǎng)護管理和節(jié)省管理費用。其次，混凝土護面糙率小，允許流速大，大大減小了渠道斷面尺寸，襯砌工程量小，可在地形較狹窄的地方使用，渠道斷面尺寸小，有利于施工方便快捷；并且通過調(diào)整配合比，提升了混凝土的模塑性，適用于各種地形、氣候下的農(nóng)田水利修繕，雖然一次性投資比較大，但是該種施工方式獲得的社會效益和經(jīng)濟效益較高。

二、小型農(nóng)田水利工程矩形渠道施工要點

（一）施工準(zhǔn)備

在矩形渠道防滲施工建設(shè)之前，設(shè)計者應(yīng)該組織設(shè)計方案，提前到施工場地進行詳細調(diào)查，確定施工方案中的重點內(nèi)容，了解工程項目現(xiàn)場具體情況，結(jié)合工程項目的施工要求，工作人員還應(yīng)該設(shè)計出永久性的排水結(jié)構(gòu)。同時，也要將渠道放樣作為工作重點，先通過經(jīng)緯儀按照圖紙的內(nèi)容，在土方工程項目施工之前確定渠道中心線，增設(shè)一個中心樁（設(shè)置間距為45～50m），對于彎道每5m設(shè)置一個中心樁，中間距誤差控制在1/1000即可，通過鋼尺測量（應(yīng)格外注意鋼尺兩側(cè)角誤差小于25°，最高不能高于30°）。其次，施工人員利用水準(zhǔn)儀獲得樁點的高程，判斷填方還是挖方工藝（以高程參數(shù)指標(biāo)為判斷標(biāo)準(zhǔn)）。

（二）工程實施

1.土石方開挖

在渠道防滲施工建設(shè)時，施工一線人員應(yīng)該了解工程項目具體情況，遵循組織設(shè)計方案，確定項目中的重點內(nèi)容，在必要時可以提前到施工場地進行詳細勘驗，判斷施工地點地質(zhì)情況、土壤情況是否滿足工程項目所需，結(jié)合工程項目的施工要求，確保渠道坡面表層沒有雜物，利用檢尺進行查驗坡面表層情況，在判斷含水量之前，應(yīng)將誤差控制在2mm內(nèi)，并將現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)和施工情況反饋給監(jiān)理人員。其次，還應(yīng)該重視變形以及裂縫等問題，在施工期間做好施工質(zhì)量管理，嚴(yán)格關(guān)注施工放樣情況，尤其是在小型渠道基礎(chǔ)開挖期間，應(yīng)該了解整個土方開挖的施工圖，不能出現(xiàn)超挖情況，也不允許出現(xiàn)欠挖情況，為下一步漿砌石砌筑施工打好基礎(chǔ)，直至驗收合格為止。

2.漿砌石砌筑施工

一般來講，小型農(nóng)田水利工程砌筑施工中，多數(shù)利用鋪漿法，在矩形渠道建設(shè)時，應(yīng)重點關(guān)注以下內(nèi)容：（1）適當(dāng)調(diào)整稠度規(guī)格，砌筑的砂漿稠度維持在40mm即可，混凝土質(zhì)量必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，在施工建設(shè)時砂料選擇級配良好的砂礫，確保其質(zhì)地堅硬，將細度模數(shù)控制在2.8左右；（2）充分清空石料上方的雜質(zhì)，在鋪漿施工之前，確保石塊表面補足水分，降低表面水分殘留，在將施工材料平臥之后，可以采用分層砌筑方式，利用上下錯縫與內(nèi)外搭接方法，合理調(diào)整施工順序，最大化保證石塊砌筑期間的穩(wěn)定性，其施工順序為：①砌筑角石；②砌筑面石；③砌筑腹石；（3）根據(jù)工程項目的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制砌體高度，在石料擺放就位（將石料高程控制在1.0m左右），振搗密實之后，如果后縫面稍有下沉，可以將上層平縫填滿，做好豎縫灌漿；（4）清縫時間最好確定在砌筑之后的18h后，根據(jù)項目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，清縫的深度約等于清縫寬度的2倍，同時還應(yīng)該注意檢查縫槽的清潔度；（5）刷凈砌體表面，水泥砂漿配比比例為1∶1.5，為了提升渠道施工質(zhì)量，水泥砂漿應(yīng)在3h內(nèi)使用完畢，在工程項目實施之前24h對磚進行濕潤，如果天氣溫度較高（當(dāng)溫度超過30℃時），使用時間間隔不能超過2h。

3.混凝土澆筑

為了避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象，施工人員應(yīng)該對混凝土進行適度振搗，施工人員根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況對混凝土結(jié)構(gòu)采取沖刷處理，從而保證混凝土質(zhì)量滿足施工要求。采取覆蓋養(yǎng)生的方式對工程進行養(yǎng)護施工，同時避免項目工程出現(xiàn)收縮裂縫，采取相應(yīng)的保溫措施，水泥材料的強度必須滿足施工條件。保證其含泥量不大于1%，細砂粒徑控制在3mm以下［2］。將松動石塊、表面砂漿等清理干凈，每層砂漿鋪抹完成之后，采用分層鋪抹辦法對抹面進行壓實和表面壓光。

三、具體案例分析

為了探究小型農(nóng)田水利工程矩形渠道施工的具體措施，本文以某鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口總數(shù)為2.79萬人，耕地面積超過900hm2，在工程內(nèi)擬修建3座提水泵站，在3個灌片區(qū)域內(nèi)打造配套的渠系施工項目，采用矩形渠道施工技術(shù)，滿足農(nóng)田水利工程所需，最終制定出施工方案。

（一）矩形渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計

在灌溉實踐中，渠道的流量是在一定范圍內(nèi)變化的［3］。因此在施工設(shè)計過程中，技術(shù)人員和設(shè)計者應(yīng)該準(zhǔn)確分析流量變化對渠道的影響，尤其在設(shè)計渠道的縱橫斷面時，對設(shè)計流量進行推算，比如在一次連續(xù)灌水時間內(nèi)，可以持續(xù)灌水的渠道叫做續(xù)灌渠道。其流量推算方式為：Qs=qsAs，也可以表示為Qs=Q（1+σL），其中As為渠道的灌溉面積，單位為hm2，Qs為設(shè)計流量，單位為m3/s，qs為設(shè)計灌水率，單位為m3/s·hm2，Q為渠道分出的總流量，單位為m3/s，σ為渠道單位長度的水量損失率，單位為%，L為渠道工作長度，一般單位用km來表示。其次，渠道縱橫斷面設(shè)計原理為依據(jù)最小流量和加大流量，確定渠道過水?dāng)嗝娉叽?，判斷下級渠道是否能夠引足相?yīng)的最小流量，校核下級渠道的水位控制條件，如果下級渠道的進水要求得不到滿足，可以抬高水位，最終確定渠道的斷面深度和堤頂高程。如果在兩個相鄰分水口之間忽略掉蒸發(fā)損失，則渠段內(nèi)的流量可以視作一個常數(shù)，過水?dāng)嗝婷娣e不變，水流狀態(tài)的穩(wěn)定性高，平均流速沿程不變，在這一狀態(tài)下渠床的阻力相對平衡，灌溉渠道有時會采用平底渠道，渠底比較值（i的值為0），如果是山丘區(qū)，其渠底比降參考值可以分為以下三種情況：（1）i=1/5000-1/10000之間，其流量范圍超過10m3/s；（2）i=1/2000-1/5000之間，其流量范圍在1-10m3/s左右；（3）i=1/1000-1/2000之間，其流量范要小于1m3/s左右；如果是泥沙較多的地區(qū)，其不淤比降參數(shù)如下：（1）i=1/500-1/1000之間，其流量范圍在0.5m3/s左右；（2）i=1/1500時，其流量范圍在1.0m3/s左右；（3）i=1/2000時，其流量范圍在2.0m3/s左右；（4）i=1/2500之間，其流量范圍在3.0m3/s左右；（5）i=1/3000時，其流量范圍在5.0m3/s左右；然后根據(jù)不沖不淤流速進行校核。

（二）側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

矩形渠道的結(jié)構(gòu)設(shè)計除了底板，還包括側(cè)墻，在完建期，側(cè)墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算公式為墻后土壓力=土壓力荷載分項系數(shù)×墻后回填土的重度×矩形渠道的側(cè)墻凈高3/6，側(cè)墻底部截面彎矩設(shè)計值為土壓力荷載分項系數(shù)×渠道內(nèi)水的重度×矩形渠內(nèi)部的設(shè)計水深3/6，其側(cè)墻底部彎矩計算見表1。

（三）混凝土配合比

在矩形渠道施工技術(shù)的應(yīng)用中，原材料主要有砂、水泥、碎石等，確保其顆粒清潔、質(zhì)地堅硬、級配較好、耐久性好，也可以用由硬質(zhì)巖石軋碎的人工砂替代，砂中不得包含團塊，也不能擁有其它有害雜質(zhì)，尤其是鹽堿和有機物。其次含水量應(yīng)該＜4%，度模數(shù)控制在2.2～3.0以內(nèi)，巖石軋碎中含泥量不能超過3%，現(xiàn)澆混凝土所用的碎石為可以選擇級配良好的、質(zhì)地堅硬的材質(zhì)，大小為2～4cm即可，硫化物小于0.5%，含泥量維持在0.5%～1%之間即可，超徑含量小于5%，針片狀含量小于10%。此外，應(yīng)采用生活用水來拌制和養(yǎng)護混凝土，混凝土配合比必須通過實驗確定，對于雙面立模一次成型的混凝土，必須滿足強度、抗?jié)B、抗凍等要求。其次，對骨料也有一些特殊要求，若粗骨料粒徑選擇過大，可能出現(xiàn)蜂窩和磨面，因此粗骨料宜選擇二級配以內(nèi)，小型渠道級配混凝土規(guī)格為5～20mm，骨料占40%～55%。在拌和過程中，原則上應(yīng)采用機械拌制，嚴(yán)格控制拌制的質(zhì)量并須達到設(shè)計要求，某些特殊渠段也可采用人工拌制，在地形較平坦的地區(qū)設(shè)置拌和機，控制區(qū)段長度一般在100～400m為宜，施工人員和管理者應(yīng)該確保原實驗選定的配合比，依照此比例進行配料，常溫情況下拌和時間＞2min，將全部配好骨料一次性加入拌和機進行拌和，如發(fā)現(xiàn)有不均勻情況，應(yīng)延長拌和時間，一般每次以拌和一袋水泥的混凝土混合料為宜。最后，由于小型渠道施工會受到交通條件的限制，為了防止因運輸距離太遠造導(dǎo)致的砂漿與石子分離，施工者可以在允許的時間內(nèi)再拌和一次。

（四）混凝土澆筑

混凝土不能連續(xù)澆筑完畢，正是由于該種原因，后澆的混凝土的振搗將會破壞先澆的混凝土的凝結(jié)［4］。因此施工者必須預(yù)留施工縫，根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》，伸縮縫的間距應(yīng)根據(jù)渠基狀況、防滲材料和施工方式等，來確定具體的間距數(shù)值。比如：（1）對于砌石防滲渠道，防滲材料一般選取漿砌石，只設(shè)沉降縫；（2）對于混凝土防滲渠道，選擇不同的防滲材料，其橫縫和縱縫的間距也會不同，如果是現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土，縱縫間距在4～8m之間，橫縫間距在4～8m之間；如果是現(xiàn)場澆筑的素混凝土，縱縫間距在3～5m之間，橫縫間距在3～5m之間；如果是預(yù)設(shè)鋪設(shè)的素混凝土，縱縫間距在4～8m之間，橫縫間距在6～8m之間。（3）矩形縫結(jié)構(gòu)簡單施工方便，設(shè)置伸縮縫可以適應(yīng)混凝土板的伸縮和地基的微量變形［5］。其寬度應(yīng)根據(jù)縫的間距、氣溫變幅、填料性能和施工要求等因素確定［6］。填料盡量選擇無環(huán)境污染的彈塑性止水材料，變形性能大、粘結(jié)力強，比如可以利用石油瀝青聚氨酯接縫材料，或者分子之水管。

（五）質(zhì)量控制和注意事項

在整個小型農(nóng)田水利工程矩形渠道施工項目中，施工人員和現(xiàn)場管理者應(yīng)該加強原材料的控制，所選擇的材料必須滿足施工要求，避免留下施工質(zhì)量隱患，應(yīng)檢查材料的規(guī)格及數(shù)量是否準(zhǔn)確，查驗初凝時間應(yīng)與設(shè)計方案保持一致，如果在檢測中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不符合要求的材料，必須禁止其入場。其次，應(yīng)該加強混凝土澆筑的質(zhì)量控制，為了預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮變形的現(xiàn)象，在施工之前，應(yīng)該設(shè)計混凝土配合比例，根據(jù)實際的情況預(yù)留一定的伸縮縫，在充分掌握骨料級配、水泥強度等情況下合理預(yù)留沉降縫，經(jīng)過測算之后，確定合理的間距。此外，工程建成后，應(yīng)加強工程運行管理，尤其是防滲渠道工程，應(yīng)進行全面檢查和維修。特別是洪水前、暴雨后，施工人員應(yīng)該確保極端的自然條件不會對矩形渠道施工項目產(chǎn)生消極影響，保證伸縮縫完好且不漏水，雨水也不能進入防滲層的背面，定渠內(nèi)無淤積，渠堤無陷穴，防滲層的封頂要做到穩(wěn)固完好，渠內(nèi)不能出現(xiàn)裂縫和滑坡，渠道外坡與襯砌渠道要保持規(guī)定距離，嚴(yán)禁在渠堤進行種植、取土，周邊農(nóng)戶和相關(guān)施工者不得擅自開挖放水口。最后管理者應(yīng)該完善檔案管理，利用信息化技術(shù)，保存施工、管理和維修記錄，各部門應(yīng)該做好技術(shù)交底，確保農(nóng)田水利工程項目的施工質(zhì)量可以達到預(yù)期，避免出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，強化項目的運行管理，詳細告知施工人員各種施工技術(shù)的方法，延長矩形渠道的使用壽命。

四、結(jié)語

綜上所述，小型農(nóng)田水利工程矩形渠道斷面尺寸小，使得施工更加方便快捷，因此在今后工作中，應(yīng)該做好矩形渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計，對設(shè)計流量進行推算，精細化計算側(cè)墻結(jié)構(gòu)，合理調(diào)控混凝土配合比，優(yōu)化混凝土澆筑，加強原材料的控制，防滲層的封頂要做到穩(wěn)固完好，避免出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，最終提高矩形渠道的使用壽命，發(fā)揮其社會效益和經(jīng)濟效益。