现浇砼管道暗渠施工机具的应用.docx
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现浇砼管道暗渠施工机具的应用
现浇砼管道暗渠施工机具的应用
如东县农业资源开发局李怀东
一、概述
我国是一个人均水、土资源均严重短缺的国家，随着经济社会的快速发展，水、土资源供需不足的矛盾日趋尖锐。
农业历来是水、土资源的使用大户，因此，提高农业水、土资源的利用效率和效益具有十分重要的战略意义。
低压管道输水灌溉技术兼具节水、节地、节能的优点，灌溉效率高，管理方便，省工省时，从国内外经验来看，以低压管道代替明渠输水，在灌区建立一个统一的输配水管道网络，将是今后我国灌区进行技术改造的一个方向性节水技术措施，具有广阔的发展前景。
由南通清淤疏浚机械有限公司研制的现浇砼管道暗渠施工机具，具有技术先进、性能可靠、便于施工的特点，已在江苏如东、如皋等地区得到了一定规模的应用。
二、机具构造及工作原理
现浇暗渠施工机具由上半滑模、下半滑模和牵引装置三大部分组成，主要部件有：
导向机构——成型导向段，用以控制管道成型的方向和内模的位置；振动部分——振实成型段，是安装振动器的模板，对上半滑模是其外模，下半滑模是其内模，尺寸形状和需要浇筑的管道断面相同；喂料机构——包括漏斗和分料格板，将混凝土送至模具周缘部位；收面部分——抹光段，收抹成型的管道表面使之平滑，模具上设置的配重块起到协助使浇筑的混凝土表面压实收平的作用；联接部分——主机架，将上述各部分联接为整体；牵引装置——慢速卷扬机或绞盘。
现浇暗渠施工机具的工作原理是：
利用机具振实成型段的振动，在机具行进过程中对喂入的混凝土拌和物边挤压、边造型、边振实。
振实成型段上的振动器根据机具行进速度、混凝土振动密实所必须的振动时间和振动力来配置，在构造上能够保证浇筑厚度的均一和避免机具的漂浮移位。
使用时将机具安装于开挖好的暗渠基坑内，将配制好的混凝土通过喂料机构连续输入机具滑模，通过振动将混凝土振实成形为管道，通过牵引装置连续前移机具，达到连续浇筑管道的目的。
本机具浇筑暗渠管道是两次成型，先浇筑下半管再浇筑上半管，从而形成混凝土管道暗渠。
与施工机具配套的还有预先制作好的定型模具——拉模器。
在管道浇筑前，开挖好的施工基槽已通过拉模预拉成型，其形状尺寸与下半管的外表面一致，因此浇筑下半管时，施工基槽内表面就起到了浇筑下半管的外模作用，机具只需控制好行进方向，下半管就可以连续浇筑成型；而上半管则必须先制作出内模衬于上半滑模下方，才可浇筑，因此是采用气囊作为内模，然后再安装上半滑模进行上半管的浇筑。
为了提高管道浇筑成型的质量，特别是上半管的浇筑质量，从受力角度考虑，先浇的下半管为成型管道的一大半，矢高约占全断面的3/5，后浇的下半管占成型管道的一小半：
待下半管混凝土经初步凝固养护具备一定强度后，再浇筑上半管，上下半管浇筑面之间抹浆处理；为减少出现裂缝的可能，每隔20米设一道宽约80cm的微膨胀混凝土带。
三、机具技术性能及工艺标准
在设计研发现浇暗渠施工机具时，根据灌溉要求和渠道在灌溉渠系中的级别，制定了相应暗渠管道的技术标准，暗渠施工机具的模具规格、激振力等参数即依照该标准相应制定，不同规格的管道需要制作不同规格的模具和采用不同的激振力等。
表3.1是现浇暗渠施工机具的主要技术性能。
表3.1现浇暗渠施工机具的主要技术性能
序
号
成管断面规格
B×H（cm）
成管壁厚
t（cm）
配用振动器动力
（N）
配用振动器功率
（kW）
工作速度
（m/min）
牵引动力
1
70×90
8.5
3×700
3×1.5
0.5
3t慢速卷
扬机或
绞盘
2
76×100
8.5
3×700
3×1.5
0.5
3
86×110
10
3×700
3×1.5
0.5
4
92×120
11
3×700
3×1.5
0.5
5
100×130
12
3×7002×350
3×1.52×1.1
0.5
6
108×140
13
3×7002×350
3×1.52×1.1
0.5
现浇暗渠施工机具的工艺质量要求符合国家相应技术规范标准：
焊接件应符合《建材机械钢焊接件通用技术条件》（JC532-94）的规定，焊接接头表面质量不低于Ⅳ级，其中辊轴的焊接接头表面质量不低于Ⅲ级；喂料机构应满足制管工艺工要求；振动器应符合《电动外部式混凝土振动器》（JG/T106-1999）的要求；表面涂漆应符合《水泥机械涂漆防锈技术条件》（JC/T402）的有关规定；机具安装后，进行不少于2h的空载试验，空载运转要求施工机具运转应平稳，无异常声响；在制管现场进行负载运转试验，负载运转要求在正常工艺条件下，施工机具运转应无异常声响和振动。
四、现浇暗渠管道的施工
1、基槽开挖
由于开挖好的基槽面就作为浇筑下半管的外模，因此对基槽开挖的要求较高，具体要求是：
渠线端直，断面标准，误差不超过0.5cm，严格防止超挖或欠挖。
开挖基槽的步骤一般分为取大土和修整土槽两步。
具体步骤如下：
⑴定好渠线中心桩，测量好高程，按暗渠尺寸洒好两侧灰线；
⑵先粗挖，取槽内大土，将中心桩移到渠底，重新测量高程；
⑶修整土槽。
该工序应组织有一定操作技术的人员承担。
按标准断面制作拉模器，在两标准断面间拉紧线绳水平移动，边移动边削取余土，沿线检查基面是否合乎标准，反复修整，直至完全符合要求。
土槽开好后，应经过检查验收，方能进行混凝土管道浇筑工序，检查的内容包括：
渠底高程复测；不合格的应即补修。
超挖过大的，可用草泥补填。
如遇软基、坑穴、石块等，必须挖除后回填优质土并夯实，确保渠槽光滑、规则后，再将拉模器向前拉动，做下块渠槽。
2、管道浇筑
⑴管道要求采用C25混凝土浇筑，混凝土水灰比控制在0.55～0.6，坍落度6～8cm；
⑵模具吊入基槽就位，用水平尺和铅垂线分别校正其水平度和垂直度；开启机具，将配制好的混凝土通过喂料机构连续输入下半滑模，通过振动将混凝土振实成形为管道，通过牵引装置连续前移机具，首先浇筑完成下半管；
⑶对浇筑完成的下半管进行养护，局部人工整修，同时采用气囊作为上半管内模；
⑷上半滑模就位，对上、下半管结合面抹浆，开启机具，连续浇筑完成上半管；
⑸上半管养护6～8小时，气囊放气从暗渠管道中抽出，暗渠管道浇筑完成。
3、土方回填
两侧同时回土，分层夯实，每层填土厚度不超过30厘米，回填土干容重不小于1.55t/m3。
五、现浇暗渠管灌系统布置
现浇暗渠的管灌系统根据灌区地形条件、现有水利条件，并考虑田块的大小和高低不一、原有土渠的灌水情况以及作物种植方向等因素布置，一般由水源、取水枢纽、输配水管网、附属建筑物或设施等部分组成。
1、水源。
目前管灌主要是在支渠及其以下渠系中实现，水源来自河渠、塘库等。
管灌水质要符合农田灌溉用水标准，与明渠灌溉相比，要求不得含有大量杂草、污物、泥沙等易于堵塞管道的物质，因此，若通过灌溉渠道直接取水的，要在取水口前设置拦污栅和沉砂池，将水进行一定的净化处理。
2、取水枢纽。
取水枢纽的作用是把水引入管网，要求水量、水质、压力等符合渠灌管网技术要求。
取水枢纽形式取决于水源条件，以灌溉渠道（干、支渠）为水源的取水枢纽，应在渠边设置进水闸，并应根据需要配建拦污栅和沉砂池；以机泵提水的，则是配建泵站和配水池，通过泵站提水进入配水池后以自压的形式通过管道系统输水灌溉。
3、输配水管网系统。
输配水管网系统由管道和附属设施连接而成，管道是主体。
控制灌溉面积较大的管灌系统，可由主管、干管、支管等多级管网组成，有的也可根据需要只设单级管道输水或配水的管网。
4、附属设施。
对于现浇暗渠管道系统来说，附属设施主要包括取水设施、调节设施、分水设施、泄退水设施、检查设施。
取水设施包括进水闸、拦污栅、沉砂池或配水池闸阀等，其设计按《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99实行；调节设施是为管道减压设置的排气减压井，根据需要在管线上的适当位置设置，目前采用现浇暗渠管道系统的均为地形平缓地区，因此是采用开敞式的自由水面调压井；分水设施、泄退水设施和检查设施的功能是通过同一座方井实现的，该方井既是主管向干管、干管向支管、支管向下一级管道分配水、同级管道转弯送水所用的连续建筑物，也是防止管道在冬季冻融破坏以及输水泥沙含量较高时可能淤积而提价的泄退水及沉淤池，还可供检查管道淤堵、破损时人员进出。
调压井及其与管道交接处采用立模浇筑，方井采用砖砌，其尺寸根据管道口径的大小调节。
六、管道技术标准
在研制现浇暗渠施工机具时，参考如东及如皋地区的经验，根据不同的灌溉要求制定了暗渠管道的技术参数标准。
管道设计断面的几何参数示意图见图6.1，具体参数取值见下表。
表6.1管道技术参数
序号
规格（cm）
管道结构尺寸（cm）
过水断面积（m2）
流量
（m3/s）
可灌面积
（亩）
B
H
t
1
70×90
70
90
8.5
0.51
0.4-0.5
500-600
2
76×100
76
100
8.5
0.62
0.5-0.6
600-700
3
86×110
86
110
10
0.76
0.6-0.8
750-950
4
92×120
92
120
11
0.89
0.7-0.9
850-1100
5
100×130
100
130
12
1.05
0.8-1.1
1000-1300
6
108×140
108
140
13
1.23
1.0-1.3
1200-1500
图6.1管道断面结构图
七、现浇暗渠施工机具的效益分析
现浇暗渠施工机具的效益包括机具生产、使用中产生的经济效益和社会效益。
这里的经济效益分析主要是对机具生产、销售和施工产生的直接经济效益进行分析，社会效益主要考虑对应用机具生产暗渠管道后产生的节水、节能、节地等方面进行分析。
1、经济效益
目前，我国南方渠灌区灌排渠道绝大部分是明渠，灌溉占用的水、土资源及耗费的能源惊人，根据国家建设节约型社会的要求，灌溉明渠改为暗渠将是今后灌区技术改造一个很重要的发展方向。
为实施农村灌排暗渠工程而研制开发的现浇混凝土暗渠施工机具，应该说具有广阔的市场前景。
以如东县为例，统计资料表明，全县共有耕地156.85万亩，其中水稻面积85万亩，灌溉渠道总长8012Km，明渠约占95%，其中采用混凝土衬砌的硬质明渠也只有1655Km，约占20%；采用涵洞接浇的暗渠更少，只占5%左右。
按照这样的规模测算，如果在全县实施灌溉明渠改造为混凝土暗渠的工程，将需要现浇混凝土暗渠施工机具200台连续作业近5年，设备的需求量将很大，市场前景可观。
下面是经济效益分析：
⑴设备制造效益。
改进后的机具每台套售价8万元，按现浇暗浇施工机具年产设备100台套计算，销售收入可达800万元，利税可达216万元；
⑵施工效益。
以暗渠管道规格为70×90×8.5cm、长度为1000m的一个单元工程为例，在不计土方工程的情况下，可实现施工收入17万元，去掉人工工资1万元、材料费（水泥、石子、黄砂）10万元、配件（闸口、井口配套件）1万元、机械折旧费0.3万元、维修费0.2万元、电费0.1万元、管理费1.3万元、税金0.9万元等施工成本后，可实现施工净收入2.2万元；按一台现浇暗渠施工机具购置价8万元计算，浇筑管道规格为70×90×8.5cm的暗渠4000m，即可收回机具购置成本。
2、社会效益
暗渠管灌系统与明渠相比较，具有节水、节能、减少占地、灌水效率高、管理方便、省工省时等优点：
⑴节水。
暗渠管道输水减少了渗漏和蒸发损失，提高了水的有效利用率，如东双甸镇石南村暗渠工程投入使用后的核算表明，采用暗渠管灌比土渠输水可节水30%，比混凝土板衬砌渠道节水约7%；
⑵节地。
灌区各级渠道占用大量耕地，加之部分渠道工程老化、破损严重，渠道日趋向两侧扩大、延伸。
实施暗渠管灌后，以管代渠，管道埋设于地下，可以有效增加耕地面积。
按目前如东县明渠普遍采用的梯形断面考虑，明渠上口宽一般在3～6m，采用暗渠后每米暗渠可节地3～6m2。
如东县现有稻田面积85万亩，灌溉渠道总长8012Km，即使按平均每米暗渠节地3m2计算，仍将可以节地达3.6万亩，可节地4%左右；
⑶节能。
节能是通过节水实现的，由于节约了水，泵站抽水少了，从而降低了能耗。
如东双甸镇石南村暗渠工程的核算表明，平均每亩田可节约灌溉用电15度/年；
⑷管理方便，维护费用低。
暗渠管道埋设于地下，不易损坏、使用寿命长，同时也不会因杂物、垃圾的倾倒而堵塞，这恰是采用明渠的缺陷。
双甸镇石南村的一段明渠仅投入使用不到10年，虽经几次维修，但损毁、堵塞仍较严重。
⑸节约额外投资费用。
使用明渠灌溉，农户因生产生活需要，必须跨渠修建各类通行桥梁数座，目前人行桥造价约1500元/座、交通桥约2000元/座、机耕桥约3000元/座，采用暗渠管灌无疑可以节约这些额外投资费用。
⑹安全、环保。
明渠改暗渠后，不再可能发生人机跌入渠内的伤亡事故；暗渠也不会像明渠那样因杂物垃圾倾倒而受到污染，渠顶既可种植，也可造路绿化，改善了环境，美化村容村貌。
根据上述分析，以如东县为例，如将8012km的明渠全部改造为暗渠，将至少节水7%、节约土地4%以上，节电约1275万度/年，社会效益十分明显。
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