灌區(qū)節(jié)水改造工程渠道橫斷面設(shè)計(jì)及方案比選

阿扎提古麗·扎克

(新疆和田市水利局，新疆 和田 848000)

灌區(qū)節(jié)水改造工程渠道橫斷面設(shè)計(jì)及方案比選

阿扎提古麗·扎克

(新疆和田市水利局，新疆 和田 848000)

和田河大型灌區(qū)現(xiàn)有水利工程老化、破損嚴(yán)重,過水能力不足,抗洪能力差,排水設(shè)施不配套,水資源利用效率低,所以有必要對(duì)渠道進(jìn)行改造。本文在進(jìn)行渠道橫斷面設(shè)計(jì)及方案比選時(shí)充分考慮了施工質(zhì)量及施工進(jìn)度控制的難易程度、能否充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?、工程造價(jià)的高低和工程實(shí)施后的運(yùn)行管理是否安全等情況,經(jīng)過渠道橫斷面的設(shè)計(jì)和更新改造,將有利于充分、及時(shí)發(fā)揮灌區(qū)水利工程整體效益。

節(jié)水改造;斷面型式;設(shè)計(jì)

和田河大型灌區(qū)骨干輸配水系統(tǒng)老化，工程不配套，渠系防滲率低，再加上采用傳統(tǒng)的地面灌溉方式，管理相對(duì)粗放，灌溉水利用系數(shù)低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，季節(jié)性嚴(yán)重缺水，降低了主要作物產(chǎn)量，制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。通過工程項(xiàng)目改造可保證灌區(qū)控制性工程的安全運(yùn)行，提高分水和輸水保證率，減少滲漏損失，改變水利設(shè)施建設(shè)滯后于農(nóng)業(yè)發(fā)展的局面，對(duì)完善灌區(qū)灌溉系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)整體效益是非常必要的。

1 工程概況

和田市吉亞干渠灌區(qū)主要通過吉亞干渠上段(總長為4.96km，已在塔河項(xiàng)目中實(shí)施完畢，目前運(yùn)行良好)、洛浦西干渠、洛浦總干渠等上級(jí)輸水渠道從玉河渠首引水。通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘成果，結(jié)合和田市水利局的反映，吉亞干渠上段已進(jìn)行防滲改建，干渠下段是未進(jìn)行防滲改建的土質(zhì)渠道。由于供水任務(wù)重、運(yùn)行時(shí)間長，加上當(dāng)時(shí)的施工技術(shù)和運(yùn)行管理水平有限，導(dǎo)致渠道填筑質(zhì)量差，不適應(yīng)計(jì)劃供水的管理要求。目前渠道上渠坡塌陷、渠底凹凸不平、渠深寬不規(guī)則，渠道上段沖刷嚴(yán)重、下段淤積嚴(yán)重等現(xiàn)象普遍存在。沿線配備的分水、交通設(shè)施老化嚴(yán)重，由于渠系配套建筑物不完善，沿線隨處可見隨意設(shè)立的簡(jiǎn)易式橋梁。這不僅嚴(yán)重影響灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的開展，而且進(jìn)一步擴(kuò)大水資源的浪費(fèi)。

吉亞干渠存在的問題主要有渠道滲漏損失大、沖刷破壞較為嚴(yán)重、渠道填筑質(zhì)量差、管理設(shè)施不完善且管理力量薄弱等。

2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

該干渠工程為老渠防滲改建工程，現(xiàn)狀渠道橫斷面是未進(jìn)行防沖襯砌的寬淺式梯形渠斷面，因此為了減少渠道開挖和填筑土方工程量，故渠道橫斷面仍采用梯形斷面。在渠道橫斷面設(shè)計(jì)中用不同的襯砌材料進(jìn)行比較，從中選取最優(yōu)的襯砌橫斷面。

2.1 渠道設(shè)計(jì)過水能力

渠道設(shè)計(jì)過水能力按明渠均勻流公式計(jì)算，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄H的公式進(jìn)行計(jì)算。渠道橫斷面尺寸在水力最佳斷面范圍內(nèi)。盡量采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用斷面，堤寬根據(jù)各渠段設(shè)計(jì)流量按規(guī)范計(jì)取，渠堤超高根據(jù)規(guī)范加大水深確定，即:

式中:Fb—渠堤超高，m;h加—渠道加大水深，m。

2.2 橫斷面設(shè)計(jì)

本渠道設(shè)計(jì)縱坡為1/343～1/784之間，部分渠段縱坡始終較陡。所以本設(shè)計(jì)中，充分考慮渠道縱坡、流速、地下水埋深、土壤腐蝕性、凍脹性、天然建筑物材料供應(yīng)運(yùn)距、工程施工、運(yùn)行管理和參照已建渠道襯砌形式等方面的因素后因地制宜地確定了渠道的2種設(shè)計(jì)橫斷面即第一方案(比選方案)和第二方案(推薦方案)。下面分別對(duì)2種方案進(jìn)行闡述。

第一方案(比選方案)，即全段渠底采用10c m厚現(xiàn)澆砼板襯砌、邊坡采用 8c m厚現(xiàn)澆砼板襯砌，下設(shè)砂礫石防凍層的橫斷面方案。如圖1所示。

圖1 渠道設(shè)計(jì)橫斷面(第一方案)

具體結(jié)構(gòu)為:渠底采用C 20現(xiàn)澆砼襯砌，襯砌層厚度0.10m，下設(shè)砂礫石防凍層。渠底寬較小的(≤1.5m)0+454～8+620渠段渠底不設(shè)縱向縫，渠底寬大于1.5m的0+000～0+454渠段渠底設(shè)縱向縫，渠底單塊板縱向長度為3.0m，渠底相鄰單塊板之間設(shè)橫向伸縮縫，伸縮縫縫寬2.0c m，分縫上部(迎水面)采用2.0c m厚聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，其下部采用厚度為8c m的高壓閉孔板嵌縫。

邊坡由表往里依次為8c m厚C 20現(xiàn)澆砼板襯砌，下設(shè)砂礫石防凍層。邊坡現(xiàn)澆砼板板塊尺寸(邊坡斜長×渠道縱向長)控制在(1.8～1.53)m× 2.5m左右，邊坡每隔2.5m設(shè)一道橫向伸縮縫，邊坡與渠底相交處設(shè)縱向伸縮縫，縫寬2.0c m，伸縮縫迎水面采用聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，嵌縫厚度 2.0c m，其下采用厚度6.0c m的高壓閉孔板填縫。渠道每100m設(shè)一道C 20現(xiàn)澆砼隔墻，隔墻厚度為0.4m，其深度考慮到工程投資和渠道安全，取為0.5m。

根據(jù)水力計(jì)算，渠道寬深比在1.68～1.25之間，由此可見，渠道設(shè)計(jì)橫斷面在實(shí)用經(jīng)濟(jì)橫斷面范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

左右堤頂寬均取為2.0m，渠頂設(shè)寬×厚= 30c m×8c m的 C 20現(xiàn)澆砼封頂板。封頂板每1.5m設(shè)一道分縫，縫寬2.0c m，采用高壓閉孔板填縫。

第二方案(推薦方案)，即全渠段渠底采用C 20現(xiàn)澆砼板防滲防沖、邊坡采用長方形C 20預(yù)制砼板防滲防沖、砂礫石防凍的橫斷面方案。如圖2所示。

圖2 渠道設(shè)計(jì)橫斷面(第二方案)

具體結(jié)構(gòu)為:渠底采用C 20現(xiàn)澆砼板襯砌，襯砌層厚度0.10m，下設(shè)砂礫石抗凍層。渠底寬較小的(≤1.5m)0+454～8+620渠段渠底不設(shè)縱向縫，渠底寬大于1.5m的0+000～0+454渠段渠底設(shè)縱向縫，渠底單塊板縱向長度為3.0m，渠底相鄰單塊板之間設(shè)橫向伸縮縫，伸縮縫縫寬2.0c m，分縫上部(迎水面)采用2.0c m厚聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，其下部采用厚度8c m的高壓閉孔板嵌縫。

邊坡由表往里依次為厚度6c m的長方形C 20預(yù)制砼板襯砌，下設(shè)厚度2c m的M 5砂漿找平層和砂礫石防凍層。預(yù)制砼塊板采用長60c m、高40c m的長方形結(jié)構(gòu)，預(yù)制板結(jié)構(gòu)縫寬為2.0c m，結(jié)構(gòu)縫采用C 20細(xì)礫砼勾縫。

邊坡每6.22m設(shè)一道伸縮縫，縫寬2.0c m，伸縮縫迎水面采用聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，嵌縫厚度2.0c m，其下采用厚度4.0c m的高壓閉孔板填縫。渠道每100m設(shè)一道C 20現(xiàn)澆砼隔墻，隔墻厚度為0.4m，其深度考慮到工程投資和渠道安全，取為0.5m。

根據(jù)水力計(jì)算，渠道寬深比在1.63～1.22之間，由此可見，渠道設(shè)計(jì)橫斷面在實(shí)用經(jīng)濟(jì)橫斷面范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

左右堤頂寬均取為2.0m，渠頂設(shè)寬×厚= 30c m×8c m的C 20現(xiàn)澆砼封頂板。封頂板每1.5m設(shè)一道分縫，縫寬2.0c m，采用高壓閉孔板填縫。

3 橫斷面方案的比選

本干渠工程為老渠防滲改建工程，通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，本工程無導(dǎo)流條件，只能采用停水期搶修的辦法進(jìn)行施工。工程的設(shè)計(jì)及方案選擇應(yīng)充分考慮工程實(shí)施過程中的施工質(zhì)量及施工進(jìn)度控制的難易程度、能否充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧稀⒐こ淘靸r(jià)的高低和工程實(shí)施后的運(yùn)行管理是否安全問題。

3.1 工程施工和運(yùn)行管理方面

第一方案采用全斷面現(xiàn)澆砼板襯砌的防滲防沖形式，工程的機(jī)械化施工程度和施工過程中的專業(yè)施工隊(duì)伍利用率較高，施工進(jìn)度較快、施工方便、施工程序簡(jiǎn)單、工程質(zhì)量較好控制，工程占地面積相對(duì)較小，但與預(yù)制砼板相比渠道流速相對(duì)較高，渠道抗磨損性能較差，使用壽命較短，進(jìn)行停水期搶修難度大，混凝土難以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

第二方案渠底采用現(xiàn)澆砼板襯砌的防滲防沖形式、邊坡采用預(yù)制砼板襯砌的防滲防沖形式，該方案渠道抗磨損性能較好，使用壽命較長，很適合停水搶修的施工辦法，便于突擊搶修，但工程的機(jī)械化施工程度和施工過程中的專業(yè)施工隊(duì)伍利用率相對(duì)較低，施工不太方便，施工程序較復(fù)雜、工程質(zhì)量保證較難。

因此在工程施工進(jìn)度和運(yùn)行管理方面第二方案優(yōu)于第一方案。

3.2 襯砌材料供應(yīng)方面

襯砌材料供應(yīng)方面可比性不明顯。

3.3 工程投資方面

工程投資方面第一方案優(yōu)于第二方案。

通過對(duì)2個(gè)橫斷面方案各方面的比選，并考慮到本干渠工程停水期較短，沒條件導(dǎo)流的實(shí)際情況，認(rèn)為第二方案便于停水搶修、可以保證施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，因此我們選擇第二方案為推薦方案。

4 結(jié)語

綜上所述，渠道斷面形式的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工質(zhì)量及施工進(jìn)度控制的難易程度、能否充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?、工程造價(jià)的高低和工程實(shí)施后的運(yùn)行管理是否安全等實(shí)際情況，因地制宜。此外，根據(jù)氣象資料，和田市續(xù)建配套及渠道防滲改建工程所處地區(qū)多年最大凍土厚度0.67m，經(jīng)工程地質(zhì)人員沿線取原狀土樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及地質(zhì)剖面揭露圖顯示，渠基坐落在粘粒含量大于10%的低液限粉土層，屬于凍脹土，因此本工程渠道橫斷面設(shè)計(jì)中須考慮防止凍脹破壞的工程措施。

［1］張迪.梯形渠道水力最佳斷面設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單方法［J］.西北水力發(fā)電，2002(01).

［2］楊復(fù)剛.梯形渠道水力最佳斷面應(yīng)用淺析［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2003 (04).

［3］趙娟.梯形渠道水力最優(yōu)斷面設(shè)計(jì)方法研究［J］.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(03).

［4］馬瑞文.桑干河灌區(qū)的渠道防滲級(jí)別［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2005(S1).

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1008-1305(2016)05-0095-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.033

2016-03-11

阿扎提古麗·扎克(1970年—)，女，高級(jí)工程師。