不同渠道襯砌型式在鶴崗市應(yīng)用中的比較

譚海森，趙保華，王瑞光

(1.鶴崗市水利設(shè)計(jì)院，黑龍江鶴崗154100;2.鶴崗市水務(wù)局，黑龍江鶴崗154100)

1 問題的提出

隨著近年來水資源短缺現(xiàn)象的加劇，國家對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重視程度的提高，節(jié)水灌溉工程出現(xiàn)了前所未有的迅猛發(fā)展趨勢，自2002年以來，鶴崗市充分利用國家政策，在郊區(qū)農(nóng)村積極推廣建設(shè)渠道防滲技術(shù)，使鶴崗市郊區(qū)節(jié)水灌溉面積不斷增加，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時(shí)也取得了一些經(jīng)驗(yàn)，筆者在這里進(jìn)行一些簡單的總結(jié)。

2 鶴崗市郊區(qū)渠道襯砌現(xiàn)狀分析

渠道襯砌是目前防滲渠道建設(shè)中主要的工程措施。針對原有土渠，土質(zhì)多為砂壤土，且渠系內(nèi)雜草叢生，“跑、冒、滴、漏、阻”現(xiàn)象十分嚴(yán)重，渠系水利用系數(shù)不足0.5的現(xiàn)狀，鶴崗市水務(wù)局積極向上爭取資金，對土質(zhì)差、“跑、冒、滴、漏、阻”嚴(yán)重的新華鎮(zhèn)阿凌達(dá)河灌區(qū)進(jìn)行了節(jié)水襯砌改造，先后投入資金200余萬元，累計(jì)實(shí)施渠道襯砌長度4.5 km，控制灌溉面積287 hm2，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。通過近年來的運(yùn)行使用，渠道襯砌技術(shù)節(jié)約用水、節(jié)約農(nóng)灌成本、方便管理和提高灌溉效益的作用越來越明顯。它相對土渠而言，顯示出防滲效果好、糙率小、允許流速大、便于管理等多方面的優(yōu)越性。因此，應(yīng)用和推廣渠道襯砌技術(shù)很有必要。本文就鶴崗市主要幾種渠道襯砌形式在設(shè)計(jì)、施工等方面作一簡單比較。以便于在以后渠道襯砌工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中更加合理地選擇渠道襯砌防滲型式。

3 襯砌渠道設(shè)計(jì)

3.1 襯砌型式選擇

渠道襯砌的型式直接影響到渠道流量和渠道斷面尺寸的設(shè)計(jì)，目前阿凌達(dá)河灌區(qū)渠道襯砌的斷面型式主要有梯形式、U形式和矩形式。斷面尺寸一般為口寬0.8～1.2 m，深0.8～1.2 m。渠道襯砌選用的材料為混凝土和標(biāo)準(zhǔn)磚，在施工中又分磚砌和混凝土預(yù)制件砌筑兩種。

通過施工和使用比較，以上3種斷面型式中，采用U形板式的渠道水力條件最好、用地最少、造價(jià)也低(見表1)，在相同條件下，比梯形斷面節(jié)省用地面積，但施工時(shí)土方開挖及U形板后回填土質(zhì)量要求較高;采用預(yù)制板梯形式斷面渠道襯砌施工較為簡單，造價(jià)也不高，但板后的回填土質(zhì)量要求較高，否則直接影響其穩(wěn)定性;針對部分渠道土質(zhì)較差、地基較軟，且處在溝、塘和渠道并行處，回填土難以保證，采用預(yù)制樓板襯砌渠道，施工工藝較為簡單，造價(jià)相對也不高，使用壽命較長，但施工難度稍大。

表1 各種渠型襯砌斷面和造價(jià)分析

3.2 水力設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)流量

根據(jù)我市用水實(shí)際，用水高峰在水稻泡田期，泡田期為3～7 d，以此來確定灌水模數(shù)。

式中:q為灌水模數(shù)m3/s·666.7 hm2;t為每天開機(jī)時(shí)間，t= 20～22 h;m為泡田定額，m=80～120 m3/666.7 hm2;T為灌溉天數(shù);η為渠系水利用系數(shù)，η=85%。

經(jīng)計(jì)算，不同泡田期設(shè)計(jì)灌水模數(shù)見表2:

表2 不同泡田期設(shè)計(jì)灌水模數(shù)

通過運(yùn)行比較，選用灌水模數(shù)為3m3/s·666.7 hm2，既不需要擴(kuò)大渠道斷面尺寸，同時(shí)也可保證灌溉用水。

3.2.2 渠道比降

為能保證所有田塊都能灌得上水，設(shè)計(jì)時(shí)渠底比降盡量接近田面比降，一般為1/1 000～1/3 000，新華鎮(zhèn)為半平原半丘陵過渡地區(qū)，田面高差明顯，渠道可分段選取比降并增設(shè)建筑物。

3.2.3 渠道糙率

襯砌渠道，無論是預(yù)制板還是磚砌渠道，平整度和光滑度都較好，查《水力學(xué)》P245表5－3可得糙率n=0.015。

3.2.4 水力計(jì)算

按明渠均勻流計(jì)算，見表3。流速一般為0.4～0.6 m/s，小于不沖流速(V不沖=5.0～8.0 m/s《農(nóng)田水利學(xué)》P122表5－13)。具體計(jì)算見表3。(口寬B0.8～1.0 m，H為0.9 m，設(shè)計(jì)水深h為0.7～0.8 m，n為0.015，I=1/3 000時(shí))

表3 : 各種渠形在同等條件下水力計(jì)算表

3.2.5 安全超高

渠道設(shè)計(jì)流量考慮了各種因素，留有適當(dāng)?shù)挠嗟?，渠頂超高?.10～0.15 m為宜，渠頂采用混凝土壓頂，壓頂寬0.25 m、厚0.10～0.15 m。這樣既為了保證襯砌渠道的整體性和美觀性，又避免渠頂過高，增加工程量，同時(shí)也避免路渠高差銜接的矛盾。

4 施工和質(zhì)量控制

4.1 預(yù)制

預(yù)制件盡可能采用鋼模具，特別是U形板預(yù)制最好采用U形板預(yù)制機(jī)械振動壓實(shí)成型，確保外觀整潔、不變形。碎石要沖洗干凈，級配與水灰比要嚴(yán)格控制，振搗混凝土要密實(shí)，預(yù)制場地要平整堅(jiān)硬，可以在工廠內(nèi)批量生產(chǎn)。

4.2 放樣

襯砌溝渠平面和底部高程要求較高，縱向采用經(jīng)緯儀定線，高程采用水準(zhǔn)儀控制，每隔10～15 m釘木樁，準(zhǔn)確定位，保證高程和縱向位置準(zhǔn)確。

4.3 施工

如果在老溝渠上施工，首先要清除渠中淤泥和雜物;新開溝渠要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)斷面開挖。然后在清理好的渠段上，按設(shè)計(jì)的斷面型式放樣。每10～15 m樁位處釘龍門架，拉頂角、底角線，反復(fù)地量高測平，以局部質(zhì)量確保全局質(zhì)量。

4.3.1 磚砌矩形渠道

渠底土基礎(chǔ)夯實(shí)后，鋪設(shè)5 cm左右的碎石墊層，然后現(xiàn)澆8～10 cm混凝土渠底，磚砌在底板上，墻體采用M10水泥砂漿砌筑，砌塊灑水濕潤，每皮拉好底角、頂角線，砌面平整，砂漿飽滿，灰縫錯(cuò)縫搭接，砌面用M30砂漿粉面，磚墻外以土回填夯實(shí)。

4.3.2 U形襯砌渠道

按照設(shè)計(jì)斷面尺寸開挖土槽，渠底用5～8 cm混凝土護(hù)底，然后鋪設(shè)預(yù)制1/2U型板，錯(cuò)縫搭接，并用M30砂漿勾凸縫，養(yǎng)護(hù)幾天后澆筑上部壓頂，壓頂厚10 cm、寬25 cm，采用C20混凝土。

4.3.3 板式梯形渠道

渠底土基礎(chǔ)夯實(shí)后，鋪設(shè)5cm左右的碎石墊層，然后現(xiàn)澆8～10 cm混凝土渠底，再鋪側(cè)板。邊坡按照設(shè)計(jì)邊坡線鋪設(shè)，每一塊都要放置平穩(wěn)，各預(yù)制塊間縫口完好，平面垂直誤差在+2 cm以內(nèi)，砂漿勾縫要密實(shí)，縫的表面要平整光滑。4.3.4 樓板式梯形渠道

渠底土基礎(chǔ)夯實(shí)后，先鋪設(shè)5 cm左右的碎石墊層，再現(xiàn)澆8～10 cm混凝土渠底澆筑底板，然后每隔3.8 m澆筑混凝土立柱。樓板按照設(shè)計(jì)邊坡線鋪設(shè)，每一塊都要放置平穩(wěn)，各預(yù)制塊間縫口完好，平面垂直誤差在+2 cm以內(nèi)，砂漿勾縫要密實(shí)，縫的表面要平整光滑。

5 效益

阿凌達(dá)河灌區(qū)自2002年以來共實(shí)施襯砌渠道4.5 km，控制面積287 hm2，總投資200萬元.

渠道襯砌后，每年節(jié)水30萬m3，按0.01元/m3計(jì)，年效益0.3萬元;每年節(jié)電2.5萬kW·h，按0.5元/kW·h計(jì)，年效益1.25萬元;每年節(jié)省勞力1 200個(gè)工日，按25元/工日計(jì)，年效益 3.0萬元;每公頃均增產(chǎn)水稻750 kg，年增產(chǎn)21.5萬kg水稻，按1.6元/kg計(jì)，年效益 34.4萬元;節(jié)地0.1 hm2，按年產(chǎn)值15 000元/hm2計(jì)，年效益2.25萬元。合計(jì)年效益39.1萬元左右，7 a可收回總投資。

6 幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

1)磚砌矩形式襯砌渠道是一種因地制宜、就地取材的防滲措施，其優(yōu)點(diǎn)在于取材方便、施工技術(shù)簡單、糙率小、防滲效果較好。但磚砌渠道屬磚混結(jié)構(gòu)熱縮比大小不一、抗凍性較差，護(hù)面易受凍害剝蝕破壞，使用壽命較短，而且近年來黏土磚即將取消生產(chǎn)。所以節(jié)水灌溉項(xiàng)目在設(shè)計(jì)渠道襯砌中，一般不應(yīng)用磚砌襯砌渠道。

2)預(yù)制U形板襯砌渠道一般適用于小型渠道，在施工過程中，對土方開挖和回填的技術(shù)要求較高，且為適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷等原因引起的變形，施工時(shí)應(yīng)預(yù)留施工縫，板與板之間勾縫砂漿標(biāo)號M30，應(yīng)添加抗?jié)B劑和抗凍劑，適宜在小型渠道大面積推廣。

3)預(yù)制梯形板襯砌渠道一般使用于斷面較大的渠道，在施工過程中，對土方開挖和回填的技術(shù)要求較高，穩(wěn)定性也較差，使用壽命較短，缺點(diǎn)明顯，而采用預(yù)制樓板襯砌渠道，技術(shù)要求不高，穩(wěn)定性也較好，造價(jià)也較經(jīng)濟(jì)合理，適宜在斷面不規(guī)則渠道使用，尤其在干、支渠護(hù)坡工程中較為理想。

7 結(jié)論

鶴崗市在節(jié)水灌溉項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)渠道襯砌時(shí)。在斷面較小，設(shè)計(jì)小型渠道襯砌時(shí)全面推廣預(yù)制U60、U80形板襯砌渠道;在斷面稍大，設(shè)計(jì)時(shí)提倡超U80改良型襯砌渠道。在斷面較大，設(shè)計(jì)中、大型渠道襯砌時(shí)使用3.8 m預(yù)制樓板進(jìn)行干、支渠護(hù)坡，取得了不錯(cuò)的效果。

［1］ 吳持恭.水力學(xué)(第二版)［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［2］ 郭元裕.農(nóng)田水利學(xué)(第三版)［M］.北京:中國水利水電出版社，1997.

［3］ 水利部農(nóng)村水利水土保持司，等.SL18－2004渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［4］ 水利部農(nóng)村水利水土保持司，等.SL207－98節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.