渠道橫斷面設(shè)計(jì)及抗凍方案比選

□圖爾迪麥麥提·麥麥提（新疆和田地區(qū)墨玉縣水利局）

渠道橫斷面設(shè)計(jì)及抗凍方案比選

□圖爾迪麥麥提·麥麥提（新疆和田地區(qū)墨玉縣水利局）

吐孜烏達(dá)克支渠現(xiàn)狀為土渠，主要存在如滲漏嚴(yán)重，渠系水利用系數(shù)低；斷面不規(guī)則，輸水效率低下，過(guò)流能力不足；渠系建筑物未配套致使項(xiàng)目區(qū)生態(tài)林不能有效灌溉等突出問(wèn)題。其渠道斷面型式的設(shè)計(jì)必須根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)成果、工程的實(shí)際運(yùn)行與管理的需要進(jìn)行選取，經(jīng)過(guò)比選，綜合考慮施工運(yùn)行管理、建筑工程費(fèi)以及建筑材料等因素，結(jié)構(gòu)形式選用全斷面現(xiàn)澆混凝土板方案，抗凍脹選擇苯板防凍脹方案。

渠道；橫斷面；抗凍脹；設(shè)計(jì)

1 工程概況

喀瓦克鄉(xiāng)吐孜烏達(dá)克支渠起始于喀瓦克干渠末端和吐孜烏達(dá)克水庫(kù)放水渠交匯處，末端位于吐孜烏達(dá)克支渠TZ2#生態(tài)閘，全長(zhǎng)9.51km。

本次對(duì)吐孜烏達(dá)克支渠0+000-2+200段進(jìn)行防滲改建，設(shè)計(jì)流量4.31m3/s。本工程斷面形式采用梯形斷面，選用C20現(xiàn)澆混凝土，斷面厚度約為8cm，由于工程為吐孜烏達(dá)克支渠進(jìn)行改造的工程，所以工程改造后約能實(shí)現(xiàn)466.67hm2農(nóng)業(yè)灌溉和4026.67hm2生態(tài)林的有效灌溉，大大提高了灌溉面積和經(jīng)濟(jì)效益。工程生態(tài)用水由喀瓦克干渠生態(tài)引水口（吐孜烏達(dá)克生態(tài)引水口）提供，農(nóng)業(yè)用水由吐孜烏達(dá)克水庫(kù)提供。故吐孜烏達(dá)克支渠起點(diǎn)為吐孜烏達(dá)克水庫(kù)放水渠末端。

2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

2.1 糙率的確定

不同的渠道斷面襯砌材料會(huì)影響糙率的確定，按照本工程渠道斷面所采用的襯砌材料，其現(xiàn)澆砼和預(yù)制板糙率均取0.02。

2.2 邊坡系數(shù)m的確定

結(jié)合本工程地質(zhì)、水文、土壤等資料及工程規(guī)范的要求，渠道混凝土板邊坡系數(shù)應(yīng)為1：1.50。

2.3 橫斷面的設(shè)計(jì)

2.3.1 橫斷面尺寸的計(jì)算

橫斷面的設(shè)計(jì)一般可以根據(jù)明渠等流速公式進(jìn)行。

式中：Q—流量；A—斷面面積；V—流速；C—糙率系數(shù)；R—水力半徑；i—渠底坡降。可以通過(guò)如下步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.1.1 流量與渠底坡降已知的情況下

作為一名女性，碧翠絲·萊姆沃卡時(shí)刻記住自己要為這個(gè)國(guó)家的女性發(fā)聲。這一點(diǎn)，在她的《煙草皇后》和《市場(chǎng)小販》中體現(xiàn)得非常明顯。這兩篇小說(shuō)中，萊姆沃卡提到了諸如毒品、暴力和戰(zhàn)爭(zhēng)等烏干達(dá)以及其他非洲比較落后國(guó)家的女性要面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。萊姆沃卡說(shuō)：“烏干達(dá)是一個(gè)家長(zhǎng)化的社會(huì)，作為一個(gè)女人，我每天都面臨著不同的問(wèn)題。但這就是我寫(xiě)作的動(dòng)機(jī)：我面對(duì)的挑戰(zhàn)或女性面臨的挑戰(zhàn)?！盵1]在整個(gè)社會(huì)男性至上而忽視女性的氛圍中，萊姆沃卡希望通過(guò)自己的方式來(lái)為女性發(fā)聲，爭(zhēng)取權(quán)益。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)過(guò)水?dāng)嗝娴某叽?、渠底寬度與水深等量都為已知，利用上述公式計(jì)算流速。加入計(jì)算所得流速符合不沖刷與不淤積的要求，便可以通過(guò)求得流量。用此流量與擬設(shè)計(jì)流量進(jìn)行比較，如果兩者差距很小，說(shuō)明上述計(jì)算的斷面尺寸可以采用，相反，需要重新進(jìn)行斷面尺寸的計(jì)算或者是將上述計(jì)算過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。

2.3.1.1.1調(diào)整渠底坡降

在求得的流速較大時(shí)，應(yīng)該改用較小的坡降則可以降低流速；相反如果流速過(guò)小，則可以增大坡降，能起到提高流速的作用。但是調(diào)整渠底坡降這種做法，會(huì)受到地形及渠道水位等的限制，所以這是一種相當(dāng)有限的調(diào)整方法。

2.3.1.1.2調(diào)整過(guò)水?dāng)嗝娉叽?/p>

在求得的流速較大時(shí)，可以將渠道斷面設(shè)計(jì)成寬而淺的形式，加大底寬便可以降低渠道流速。相反，如果流速過(guò)小，則可以將渠道斷面設(shè)計(jì)成深而窄的形式，以提高流速。

2.3.1.2 渠岸超高的確定

鑒于工程屬于生態(tài)供水工程，而且按照渠道設(shè)計(jì)流量確定渠道規(guī)模，并根據(jù)設(shè)計(jì)流量的水深加安全超高以確定渠道超高，按照《灌溉排水渠系設(shè)計(jì)規(guī)范》，并考慮渠道的安全超高要求，渠道超高的確定采用h加/4+0.20m。

2.3.2 襯砌結(jié)構(gòu)的比選

在采用全斷面預(yù)制混凝土板方案情況下，可以選擇邊坡及底板都采用6cm預(yù)制六棱塊的橫斷面結(jié)構(gòu)型式，而砂漿找平層則采用2cm的M10型式。結(jié)合本項(xiàng)目工程實(shí)際情況及1：1.05的邊坡系數(shù)，可以選取堤頂寬度為1m，出于安全考慮，在渠到頂端混凝土板邊緣必須設(shè)置30cm×6cm、C15型號(hào)的封頂板。

2.3.2.2 方案二：底板現(xiàn)澆混凝土板、邊坡預(yù)制板方案

方案二可以選擇的橫斷面結(jié)構(gòu)型式為：最外層是6cm厚的預(yù)制六棱塊板，里層為2cm厚的M10型號(hào)砂漿找平層。最上面為8cm厚的C20現(xiàn)澆混凝土板，邊坡系數(shù)仍采用1：1.05，堤頂寬及封頂板尺寸及厚度同方案一。

2.3.2.3 方案三：全斷面現(xiàn)澆混凝土板方案

該方案橫斷面型式為8cm現(xiàn)澆混凝土板邊坡及底板，渠道頂端邊緣設(shè)置尺寸為30×6cm、C15的封頂板。其余參數(shù)同方案一。

對(duì)上述三種不同方案，從建筑工程費(fèi)用、運(yùn)行管理的便利程度、施工難易等方面進(jìn)行綜合比較，不難發(fā)現(xiàn)方案三在各個(gè)方面均具有較為突出的優(yōu)勢(shì)，投資少、運(yùn)行管理較容易且施工便利，所以工程應(yīng)該選擇方案三進(jìn)行施工，具體情況見(jiàn)表1。

表1 各方案比較情況分析表

2.3.3 抗凍脹設(shè)計(jì)

2.3.3.1 抗凍材料的選擇

根據(jù)本工程渠道地層巖性剖面揭示，本灌區(qū)土壤部分段屬凍脹性土，必須考慮凍害影響因素。針對(duì)本灌區(qū)的特點(diǎn)，渠道抗凍材料有兩種可供選擇：砂礫石和苯板。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，離渠道平均運(yùn)距5km處，庫(kù)山河河床有可利用抗凍體料場(chǎng)，儲(chǔ)量十分豐富，經(jīng)篩分試驗(yàn)，符合換填材料的指標(biāo)要求，可用來(lái)做為抗凍脹材料。

2.3.3.2 抗凍脹設(shè)計(jì)

經(jīng)工程地質(zhì)人員沿線(xiàn)取原狀土樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及地質(zhì)剖面揭露圖顯示，渠道邊坡坐落在粘粒含量＞6%的砂壤土層，地基土屬于凍脹土。因此渠道橫斷面設(shè)計(jì)中，對(duì)該渠道須考慮防止凍脹破壞的工程措施。

本次設(shè)計(jì)根據(jù)建材分布情況，擬采用換填含粘粒量＜6%的砂礫石作為防凍脹換填建材。本設(shè)計(jì)中，抗凍層厚度根據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL211-98）計(jì)算。

該地區(qū)屬溫帶大陸性氣候，渠床各部位換填深度（即抗凍層厚度）Zn可按下式計(jì)算：

式中：ε—置換比（%）由表查得坡面頂部ε=60%、坡面下部和渠底取ε=80%；δ0—襯砌板厚度（m）；Zd—置換部位的設(shè)計(jì)凍深。-Z

式中：φf(shuō)—凍深年際變化的頻率模比系數(shù)，經(jīng)查圖取為1.18；φd—日照及遮蔭程度影響系數(shù)；φw—地下水影響系數(shù)；Zk—標(biāo)準(zhǔn)凍土深度（m）；φi—典型斷面某部位的日照及遮蔭程度修正系數(shù)。陰陽(yáng)面即左右側(cè)和渠底φi=1.15。a、b—系數(shù)，據(jù)建筑物所在的氣候區(qū)，建筑物計(jì)算斷面的軸線(xiàn)走向、斷面形狀及計(jì)算點(diǎn)位置可分別查表得。ZW0—鄰近氣象站的地下水位深度（m），ZW0=1.50m；α—系數(shù)，α=0.79；ZWi—計(jì)算點(diǎn)的地下水深度（m），可取計(jì)算點(diǎn)設(shè)計(jì)渠底線(xiàn)到當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)前地下水位的距離；e—常數(shù)，e=2.72。現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2 渠床置換深厚度計(jì)算表

由于每條渠道與表中所列方向不一致，故將渠道依據(jù)走向、地下水位埋深、建筑物級(jí)別、土質(zhì)4個(gè)條件對(duì)抗凍厚度進(jìn)行確定，確定本工程防滲改建工程各渠道的抗凍層厚度。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目實(shí)施后，水資源的利用率提高，減少水資源無(wú)效浪費(fèi)，使綠洲范圍擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境得到改善。工程的實(shí)施可有效地保證吐孜烏達(dá)克地區(qū)生態(tài)林及經(jīng)濟(jì)林的需水要求，增加幼苗的成活率，項(xiàng)目的實(shí)施，有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。工程興建對(duì)環(huán)境的有利影響大于不利影響，通過(guò)對(duì)不利影響采取環(huán)保措施后，影響可降至最低，本工程的改建可行，而其渠道斷面型式的設(shè)計(jì)必須考慮地質(zhì)、工程管理和運(yùn)行等實(shí)際情況，因地制宜。

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1673-8853（2016）09-0063-02

；2016-07-12

（責(zé)任編輯：劉青）

圖爾迪麥麥提·麥麥提，（1974-）男，新疆墨玉縣人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)及建設(shè)管理工作。