東港灌區(qū)鐵甲北五支渠道襯砌方案比選

宋永華

（遼寧省東港市水利勘測設計院，遼寧東港 118300）

1 工程概況

鐵甲北五支渠道長4 702 m，渠道比降1/9 000，灌溉面積1 507 hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.65，原設計流量3.10 m3/s?，F(xiàn)狀渠道斷面淤積，雜草叢生，過流能力僅能達到2.15 m3/s，不滿足灌溉流量3.10 m3/s的要求，亟需對該渠道進行渠道硬化。輸水能力低下，嚴重影響灌溉。該段渠道滲漏比較嚴重，應采取防滲措施減少損失，以便達到節(jié)水目的，改造設計對渠道采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌。渠道底寬為1.5～3.0 m，邊坡1∶1.5。改造工程布置原則為不縮減原渠道斷面，不占渠道兩邊耕地。通過方案比選，提出了具體襯砌方案。

2 渠道襯砌方案

近幾年來東港灌區(qū)范圍內渠道節(jié)水灌溉方面已建成多條渠道襯砌工程，主要結構型式有以下3種。

2.1 梯形渠道襯砌

素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。

梯形混凝土襯砌渠道，一般是從梯形土渠改造而來，因其邊坡較緩，占地面積大。

1）友誼總干減糙：全長5 900 m，渠底寬7.20～10.50 m，渠道總深度3.20 m；護坡采用素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板，未護底；護腳為1 000 mm深、600 mm寬埋石混凝土護腳。

2）鐵甲6支襯砌：全長4 520 m，渠底寬3.00～5.50 m，渠道總深度1.61～1.88 m；護坡、護底均采用素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。

3）合隆聯(lián)干襯砌：全長3 575 m，渠底寬4.00～5.00 m，渠道總深度2.40 m；護坡、護底均采用素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。

4）鐵甲新民支襯砌：全長1 350 m，渠底寬1.50～3.00 m，渠道總深度1.84～1.89 m；護坡、護底均采用素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。

以上4項渠道減糙及襯砌工程均為東港灌區(qū)十期工程中的項目，涉及的渠道均為干、支渠。

2.2 U形渠道襯砌

素土夯實+砂卵石墊層+現(xiàn)澆（預制）混凝土U形槽。

U形渠道具有較佳的水力斷面，利于輸水輸沙，且具有較好的抗土基凍脹能力；同時，渠道占地少，便于管理；缺點是施工比較復雜，修復難度較大。

U形混凝土渠道施工分現(xiàn)澆和預制安砌兩種。現(xiàn)澆時，設橫縫不設縱縫，為整體澆筑。預制時，預制塊為整體U形，對較大U形渠道，也可由兩塊對稱的半U形塊對裝而成，安裝后的接縫用高強度水泥砂漿或細石混凝土填塞搗實，按二次澆筑混凝土處理；預制塊寬度為50～100 cm。填方渠段及U形渠土基必須填夯密實。

目前，灌區(qū)內部分小流量支渠、斗渠、農渠已建成U形渠道襯砌，其中稍大尺寸的U形混凝土渠道基本采用素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土U形槽的形式；小尺寸U形混凝土渠道，譬如田間農渠等采用素土夯實+100 mm砂石墊層+40～70 mm厚預制混凝土U形槽的形式。因灌區(qū)內渠道比降非常小，已建成U形混凝土渠道設計流量基本都小于1.00 m3/s左右，最大圓弧直徑為2.00 m，最大渠道總深度1.80 m。

2.3 矩形渠道襯砌

素土夯實+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土矩形槽。

矩形混凝土渠道堅固耐用，不易損壞，整體性強，穩(wěn)定性好，占地少，施工容易，管理方便，缺點是混凝土用量較大。在槽寬等同于U形渠道圓弧直徑、同等水深的情況下，其過水面積稍大于U形渠道過水面積。

小型矩形渠道襯砌為整體式混凝土結構，各部分厚度根據(jù)結構受力而定。矩形混凝土渠道的結構形式很多，除整體式外，還有側墻與底板分開的分離式及中間有縱縫的兩塊L形對接式等形式。

目前，灌區(qū)內部渠道因工程建設場地受限采用矩形渠道襯砌，此類渠道大都位于公路或居民區(qū)邊，尺寸稍大，形式均為側墻與底板分開的分離式，流量均在2.00～3.00 m3/s。

鐵甲北五支襯砌設計，在設計渠底高程及比降不變的情況下，均有護底，針對以上3種渠道襯砌形式進行水力計算。各形式渠道尺寸及水利要素，見表1～3。

表1 梯形混凝土襯砌計算成果表

通過以上計算成果可看出，渠道上口寬度為梯形混凝土襯砌＞矩形混凝土襯砌＞U形混凝土襯砌。因該段渠道首尾高程及比降均不能變化，計算出的U形混凝土襯砌渠道受形體限制其渠道總深度最大，其余2種襯砌的計算條件控制渠道總深度不變。U形混凝土襯砌形式的渠頂高程較其他方案高。

考慮到襯砌頂部以上土堤超高放坡的影響：

表2 U形混凝土襯砌計算成果表

表3 矩形混凝土襯砌計算成果表

0+000～2+567段工程布置寬度，方案2較方案1兩岸合計減少約1.05 m，方案3較方案1兩岸合計減少約2.43 m；

2+567～3+585段工程布置寬度，方案2較方案1兩岸合計減少約1.04 m，方案3較方案1兩岸合計減少約2.62 m；

3+585～4+702段工程布置寬度，方案2較方案1兩岸合計減少約0.80 m，方案3較方案1兩岸合計減少約2.30 m。

3 方案優(yōu)缺點

方案1，因鐵甲北五支現(xiàn)狀即為梯形土渠，采用梯形混凝土襯砌比較適宜，不增加占地面積，結構穩(wěn)定性好，抗凍性能好，施工方便，檢修維護方便。對地形的改變較小，渠道兩岸為斜坡，有利于田間動物活動遷徙，對灌區(qū)生態(tài)環(huán)境保護有益。

方案2，因鐵甲北五支現(xiàn)狀為寬淺型渠道，在保障渠底高程及比降不變的情況下，受U形渠形體限制，渠道總深度及水深均加大。該支渠水深加大，而干渠水位不變，致使渠道實際引水流量受限；另一方面渠道總深度的增加，使得渠堤頂高程增加，故而較方案1工程布置寬度節(jié)省僅1 m左右。

該U形混凝土襯砌3段的設計圓弧半徑分別為1.81，1.74，1.55 m，體形較大，須采用現(xiàn)澆施工方法。需采用背后加肋的方法，提高其抗凍脹及抗破壞能力。因體形較大，受沉降及凍脹要求，U形渠底及兩側土基必須填夯密實，且要求嚴格。方案中，方案2施工最為復雜，修復難度最大。

方案3，在保障渠底高程、比降及水深不變的情況下，進行矩形混凝土襯砌設計，較方案1工程布置寬度節(jié)省2.30～2.62 m。

該矩形混凝土襯砌3段的設計底寬分別為4.63，4.19，3.90 m，體形較大，須采用現(xiàn)澆施工方法，形式為側墻與底板分開的分離式，兩岸側墻按照獨立擋土墻結構設計。也需考慮墻背及渠底凍脹力及建筑物抗破壞能力。對兩側墻基礎要求嚴格，施工相對復雜，修復難度較大。

4 結論

設計對上述3種鐵甲北五支襯砌型式進行方案比選，對各襯砌方案的單位延長米襯砌面積進行比較，見表4。

表4 各襯砌方案的單位延長米襯砌面積成果表m2

由表4可以看出在滿足設計要求的前提下，雖說方案2單位延長米襯砌面積最小，但由于方案2屬體形較大U形渠，須設置加強肋及渠頂橫向撐桿，渠底及兩側土基必須填夯密實。方案3較方案2單位延長米襯砌面積略小，但其形式為側墻與底板分開的分離式，兩岸側墻按照獨立擋土墻結構設計，對兩側墻基礎要求嚴格。綜上所述，從各方面優(yōu)缺點考慮，方案1要優(yōu)于其余方案。因此，該工程襯砌型式推薦采用方案1。

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