新型裝配式涵閘在農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計中運用分析

仲 凱 楊曉飛

(鹽城市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 鹽城 224000)

引言

自環(huán)境保護、節(jié)能減排上升至國家戰(zhàn)略高度后，裝配式建筑形式受到廣泛關(guān)注和使用，當前，此類建筑形式在農(nóng)田水利工程中發(fā)揮著越來越重要的作用。通過應(yīng)用新型裝配式涵閘，能夠縮短工程、降低成本的同時，減少環(huán)境污染，增強工程社會效益。為更好推進新型裝配式涵閘，對其運用要點進行分析是必要的。

1 探討農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計中新型裝配式涵閘的運用意義

農(nóng)田水利工程作為兼具經(jīng)濟效益和社會效益的重要工程，其建設(shè)質(zhì)量對解決周邊用水和灌溉等問題以及社會發(fā)展具有重要意義。以往傳統(tǒng)涵閘建設(shè)主要是現(xiàn)場澆筑，具有較多濕作業(yè)，不僅施工時間較長、管理難度較大，整體質(zhì)量也無法得到保證，無法滿足日益發(fā)展的農(nóng)田水利工程建設(shè)與發(fā)展需求。但通過運用新型裝配式涵閘，能夠有效解決以上問題，同時還具有以下意義。

第一，新型裝配式涵閘的使用有利于提高工程整體質(zhì)量與建設(shè)效率。由于部分農(nóng)田水利工程建設(shè)單位規(guī)模較小，施工、管理人員整體素質(zhì)良莠不齊，外加冬春修水利帶來的時間限制，導(dǎo)致實際施工過程中難免存在一些問題，進而無法滿足養(yǎng)護條件和工程質(zhì)量。但裝配式結(jié)構(gòu)最大特點是預(yù)制構(gòu)件在工程建設(shè)開展前就已經(jīng)在工廠制作或完成，大部分施工作業(yè)為現(xiàn)場安裝，不受現(xiàn)場施工條件及季節(jié)的影響，而且，能夠與土方工程一同開展，保證施工質(zhì)量的前提下施工效率大大提升。

第二，滿足文明施工要求，保護環(huán)境、節(jié)約資源。對于農(nóng)田水利建筑工程而言，常規(guī)工程涉及較多混凝土等濕作業(yè)工作，且具有較大噪聲，污染環(huán)境的同時影響周邊居民正常休息。但新型裝配式涵閘的使用極大地減少了現(xiàn)場濕作業(yè)，而且，施工構(gòu)件和鋼模板可以反復(fù)使用，節(jié)約建設(shè)資源與資金，增強了工程經(jīng)濟效益和社會效益。另外，裝配式涵閘后期維修、更換較為簡單，即便出現(xiàn)構(gòu)件損壞也能夠靈活調(diào)整，減少損失和浪費的同時保證建筑運行質(zhì)量。

2 分析農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計中運用新型裝配式涵閘的要點

2.1 新型裝配式涵閘應(yīng)用結(jié)構(gòu)

農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計中運用新型裝配式涵閘時，需要于施工現(xiàn)場開展構(gòu)件安裝作業(yè)，所以，為保證新型涵閘滿足裝配式構(gòu)件預(yù)制、運輸以及后期施工等原則，設(shè)計、拆分涵閘結(jié)構(gòu)時應(yīng)把握以下要點：(1)新型涵閘平面形狀長寬比、寬高比合理，嚴格控制局部凹入和突出尺寸，剛度、質(zhì)量均勻分析，形狀簡約、對稱。(2)豎向布置，涵閘中需要承受豎向力的構(gòu)件，其剛度與截面尺寸均應(yīng)該從上至下、以對稱狀態(tài)逐漸加大。(3)劃分構(gòu)件時，重點考慮后期安裝簡易程度以及整體受力合理性，保證對稱配筋[1]。

與此同時，滿足上述原則的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮安裝和運輸?shù)暮啽阈?，為此，將新型裝配式涵閘劃分為以下構(gòu)件。具體如下圖1所示。

合理劃分新型裝配式涵閘組成構(gòu)件后，為提高運用質(zhì)量，需掌握連接方式，并保證涵閘建筑物的穩(wěn)定性與耐久性。一般情況下，干連接和濕連接是裝配式建筑物主要的連接方式，前者使用機械套筒、螺栓、預(yù)應(yīng)力以及焊接等，后者則是灌漿、樺式接頭以及漿錨連接等。對于田間水利工程而言，考慮此類工程的操作性、經(jīng)濟性和安全性，主要使用綜合型連接方法，即樺式接頭和螺栓連接，從而整合干、濕連接優(yōu)點，同時輔以橡膠墊止水，以此減少構(gòu)件之間的剛性接觸。具體連接方式如下表1所示。

圖1 新型裝配式涵閘構(gòu)件

2.2 新型裝配式涵閘應(yīng)用要點

在田間水利工程中運用新型裝配式涵閘時，為保

表1 新型裝配式涵閘構(gòu)件連接方式

證涵閘建設(shè)質(zhì)量以及后續(xù)投入使用作用最大化，需要對多種因素進行綜合分析與考慮，以此掌握應(yīng)用要點。具體如下。

2.2.1 分析新型涵閘結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性

首先，確定新型涵閘尺寸。由于尺寸與實際灌溉面積、過水流量以及上下游水深等之間具有密切聯(lián)系，因此，假設(shè)工程灌溉面積為600畝農(nóng)田，上下游水深分別為1m和0.9m，過水流量0.4m3/s，涵閘底部高程為渠底高程，圓管涵長度、滲徑系數(shù)、防滲長度均為6m，圓管涵直徑80mm。另外，建筑投入使用后會受到?jīng)_刷影響，為此，上下游板底長度、閘門高度、安裝提升高度分別為2.4m、1.3m、1.1m，擋墻高度為閘門高度與安全提升高度總和，即2.4m，翼墻前端以及與擋墻接觸側(cè)高度分別為0.6m和2.4m，使用混凝土材料標號為C30。新型涵閘正視圖如圖2所示。

圖2 新型裝配式涵閘正視圖

2.2.2 分析位移

涵閘處于完工無水和正常運行兩種狀態(tài)下時，其位移特性存在一定差異，所以，為掌握涵閘豎向沉降和橫向位移等參數(shù)，應(yīng)用新型裝配式涵閘時可以使用Abaqus三維數(shù)值分析軟件進行位移特性分析[2]。當涵閘處于完工但未投入使用的狀態(tài)下時，主要受到靜荷載作用，在該情況下，新型裝配式涵閘出現(xiàn)的最大沉降位移主要發(fā)生于涵管墊塊處，而最大橫向水平位移則發(fā)生于底板下游段；當涵閘處于正常運作狀態(tài)下時，最大沉降位移位置變化為上游擋墻端，而最大橫向水平位移發(fā)生于下游底板端。為進一步保證新型裝配式涵閘運用質(zhì)量，應(yīng)通過對比兩種工況下的位移量掌握各項參數(shù)，把控方向。當涵閘處于完建期時，其豎向位移最大值、最小值、沉降值分別為1.82mm、1.38mm、0.44mm，而正常使用狀況下的豎向位移最大值、最小值、沉降值分別為0.34mm、0.13mm、0.21mm，位移情況普遍小于完建期。在水平位移方面，當涵閘處于完建期時，其最大水平位移參數(shù)為0.25mm，正常運作狀態(tài)下，水平位移最大參數(shù)為0.34mm。通過與農(nóng)田水利涵閘設(shè)計標準與規(guī)范進行對比，該裝配式涵閘地基最大沉降量在允許值30mm以下，最大沉降差在20mm以內(nèi)，因此，該結(jié)構(gòu)具有較強穩(wěn)定性，符合農(nóng)田水利工程運用要求。

2.2.3 分析應(yīng)力

由于應(yīng)力的產(chǎn)生可能會對新型裝配式涵閘使用期間的安全穩(wěn)固性造成影響，為此，在將其運用于農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計中時，應(yīng)開展規(guī)范的應(yīng)力分析工作，該環(huán)節(jié)仍需結(jié)合兩種工作狀況，從而準確分析應(yīng)力情況。當該涵閘處于完建期工況時，墊塊處會發(fā)生最大拉應(yīng)力，而最大主壓應(yīng)力則產(chǎn)生于管涵處；當涵閘處于正常運作工況時，最大拉應(yīng)力和最大主壓應(yīng)力的產(chǎn)生位置并未發(fā)生變化，但數(shù)值根據(jù)實際情況會產(chǎn)生大小變化。因此，不同工況不會影響新型裝配式涵閘應(yīng)力產(chǎn)生位置造成變化，僅會影響應(yīng)力值大小。具體參數(shù)為：在完建工況下，上游底板、下游底板、上游擋墻、下游擋墻、上游翼墻、下游翼墻、管涵以及墊塊的最大拉應(yīng)力分別為0.57MPa、0.47MPa、0.58MPa、0.35MPa、0.14MPa、0.10MPa、0.18MPa、0.66MPa；正常使用工況下的最大拉應(yīng)力分別為0.22MPa、0.10MPa、0.28MPa、0.14MPa、0.05MPa、0.03MPa、0.09MPa、0.25MPa。當涵閘處于完建期時，仍按照該順序，最大主應(yīng)力分別為0.42MPa、0.47MPa、0.61MPa、0.55MPa、0.75MPa、0.81MPa、1.11MPa、0.24MPa；正常使用狀態(tài)下，涵閘的最大主應(yīng)力分別為0.21MPa、0.11MPa、0.32MPa、0.21MPa、0.25MPa、0.17MPa、0.48MPa、0.31MPa。

2.2.4 分析新型涵閘整體穩(wěn)定性

當新型裝配式涵閘投入使用后，主要受到揚壓力、土壓力、重力、水壓力等作用力的影響，為此，應(yīng)分析此類涵閘正常使用工況下的水平力和垂直力，具體參數(shù)如表2所示。

表2 新型裝配式涵閘正常運作期間水平力與垂直力

由此可見，在農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)用新型裝配式涵閘時，應(yīng)結(jié)合工程具體運用目的，根據(jù)工程需求進行差異化設(shè)計，同時根據(jù)不同工況下各項要素的影響情況判斷涵閘穩(wěn)定性等方面是否符合要求。規(guī)劃設(shè)計與運用要點為。

第一，當新型裝配式涵閘處于完建期工況下時，最大沉降位移發(fā)生于涵管墊塊處，而當其處于正常運行狀態(tài)下時，其最大沉降位移發(fā)生于上游擋墻端。而最大橫向水平位移無論在哪種工況下所處的位置不變，變化的僅有參數(shù)。因此，在新型裝配式涵閘實際設(shè)計和運用過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)不同工況分析其最大沉降位移和最大橫向水平位移發(fā)生的位置和參數(shù)，判斷各項參數(shù)是否符合相關(guān)規(guī)范要求，若是不符合應(yīng)及時調(diào)整結(jié)構(gòu)，為后續(xù)使用的安全穩(wěn)固性提供保障[3]。

第二，分析完建期工況和正常運行狀況下涵閘的最大拉應(yīng)力和最大主壓應(yīng)力，掌握其發(fā)生位置與參數(shù)，結(jié)合混凝土具體標號判斷新型裝配式涵閘是否滿足強度要求。

第三，當新型裝配式涵閘處于正常使用狀態(tài)時，需對其抗滑穩(wěn)定系數(shù)和抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)進行計算，判斷其是否滿足設(shè)計要求，從而保證新型裝配式涵閘具有較高穩(wěn)定性，得以在后續(xù)投入使用后充分發(fā)揮作用。

2.3 新型裝配式涵閘應(yīng)用質(zhì)量控制

運用新型裝配式涵閘時，其質(zhì)量控制要點應(yīng)落實在以下三個方面。

第一，控制構(gòu)件預(yù)制工藝質(zhì)量。即控制混凝土拌合作業(yè)，進場前落實材料檢驗工作，合格后方可進入使用場地，同時，嚴格控制材料配比，使用強制式拌合機拌合混凝土，控制材料使用量偏差，拌合時間3min以上。另外，預(yù)制模板作為主要施工材料，相關(guān)工作人員應(yīng)將模具浸泡于15%～20%濃度的稀鹽酸溶液中，時間控制在5min～10min范圍內(nèi)，之后使用潔凈球進行雜物清理，使用軟毛巾和洗衣服清洗兩遍，最后將模具晾干刷涂CXP脫模劑，濃度3%。除此之外，控制混凝土澆筑與養(yǎng)護要點，即保證混凝土模具澆筑的連續(xù)性和振搗時間的充分性，避免內(nèi)部存在氣泡，完成構(gòu)件澆筑作業(yè)后根據(jù)實際施工條件科學(xué)選擇養(yǎng)護方式開展養(yǎng)護作業(yè)，例如，蒸汽養(yǎng)護、遠紅外線養(yǎng)護等，立足于經(jīng)濟性和環(huán)保性，科學(xué)選擇養(yǎng)護方式，保證養(yǎng)護質(zhì)量。

第二，控制預(yù)制構(gòu)件吊裝與運輸質(zhì)量。質(zhì)量控制重點是吊裝方式的選擇以及吊裝順序，均應(yīng)按照施工現(xiàn)場實際情況和條件進行選擇，其中，構(gòu)件與吊索水平夾角應(yīng)在45°～60°之內(nèi)，且吊裝過程不可出現(xiàn)大幅度擺動[4]。構(gòu)件運輸方面則應(yīng)選擇載重汽車，憑借此類交通運輸工具的安全穩(wěn)定性、效率高以及裝卸方便等特性，保證運輸質(zhì)量，避免造成構(gòu)件損壞。

第三，安裝質(zhì)量控制。開展構(gòu)件安裝作業(yè)時，要在吊裝就位后檢查螺母是否擰緊，并進行橡膠墊的鋪設(shè)，按照安裝程序規(guī)范落實安裝作業(yè)。其中，在安裝預(yù)制構(gòu)件時，相關(guān)施工人員應(yīng)使用小型吊機，且掌握以下質(zhì)量要點：一是檢查構(gòu)件質(zhì)量，判斷是否存在破損情況以及其安防面是否按照要求清潔完畢；二是對構(gòu)件位置和型號進行核對，保證其一致性后，確保錨固長度符合安裝設(shè)計要求；三是對安裝后的構(gòu)件進行檢查，判斷是否與擱置面緊密接觸，并將多余橡膠墊剪切。

3 結(jié) 論

綜上所述，新型裝配式涵閘對農(nóng)田水利工程建設(shè)質(zhì)量、各項效益的實現(xiàn)以及行業(yè)發(fā)展具有極強現(xiàn)實意義。因此，在實際運用過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)立足于實際設(shè)計涵閘結(jié)構(gòu)，并落實穩(wěn)定性、應(yīng)力等分析工作，以此保證其運用的安全穩(wěn)定性。