生態(tài)渠道襯砌斷面設(shè)計(jì)與應(yīng)用
——以臨澤縣水系連通項(xiàng)目為例

鮑虎章，繆建雄

甘肅省臨澤縣水務(wù)局，甘肅 臨澤 734200

按照生態(tài)文明建設(shè)和實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的安排部署，為提高縣域水資源配置能力、保障生態(tài)環(huán)境用水、緩解水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化，臨澤縣規(guī)劃實(shí)施了水系連通項(xiàng)目。該項(xiàng)目通過(guò)修建連通水系，將臨澤縣南部的紅山灣水庫(kù)和梨園河汛期洪水引入中部荒漠林區(qū)、濕地及雙泉湖水庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中部生態(tài)虧空區(qū)域的補(bǔ)水。同時(shí)，部分水系線路途經(jīng)鄉(xiāng)村振興示范帶及美麗鄉(xiāng)村建設(shè)示范點(diǎn)，結(jié)合鄉(xiāng)村振興示范帶及美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，將部分水系打造為親水生態(tài)休閑景觀帶，成為實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，改善農(nóng)村人居環(huán)境，建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，實(shí)現(xiàn)生態(tài)宜居及水生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵工程。

一、工程概況

本次設(shè)計(jì)生態(tài)渠道位于臨澤縣城以南的倪家營(yíng)鎮(zhèn)，丹霞快速通道及梨園河?xùn)|側(cè)的砂礫石戈壁灘，是丹柳路鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略示范帶上的重要節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，規(guī)劃在水系東側(cè)建設(shè)汪家墩村宜居社區(qū)、丹霞新村、濱水宜居社區(qū)、養(yǎng)老社區(qū)及花田、農(nóng)莊等鄉(xiāng)村振興示范項(xiàng)目。

（一）工程地質(zhì)

工程區(qū)地處河西走廊中段張掖盆地西南部，地貌單元屬祁連山山前沖洪積扇中部的戈壁平原及沖積河床地貌，砂卵礫石層無(wú)覆蓋，為戈壁灘地。

工程區(qū)出露的地層較為簡(jiǎn)單，第四系砂卵礫石階地上，地層巖性單一，地基穩(wěn)定，屬非液化土體，亦屬非凍脹性土層，工程地質(zhì)條件較好，但滲漏量較大，需采取防滲處理措施。

工程建筑物主要為輸水渠道及簡(jiǎn)易橋、陡坡等，地基結(jié)構(gòu)稍密至中密，分布穩(wěn)定且厚度大，允許承載力可達(dá)300～350kpa，可作為良好的建筑物地基持力層，不存在地震液化及永久性凍脹性問(wèn)題。

（二）水文地質(zhì)

工程區(qū)地下水為第四系松散巖類孔隙潛水，含水層巖性以砂卵礫石為主，總厚度＞250m；地下水位埋深＞50m，砂卵礫石滲透系數(shù)150m/d。地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為河流、大氣降水、渠系及田間水入滲等。

經(jīng)對(duì)工程區(qū)全線等間距取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，礦化度0.673g/L，硫酸根離子含量219.02mg/L，屬HCO3--SO42--Na+-Ca2+-Mg2+型水，水質(zhì)較好。依據(jù)相關(guān)規(guī)范判定，地表水對(duì)普通混凝土無(wú)硫酸鹽腐蝕性。

二、工程布置

經(jīng)對(duì)工程區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，按照臨澤縣鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略丹霞生態(tài)康養(yǎng)休閑谷總體規(guī)劃，確定該段渠道布置在丹霞快速通道東側(cè)現(xiàn)狀30m生態(tài)林以東50m范圍內(nèi)，渠道按照生態(tài)水系景觀帶設(shè)計(jì)要求，呈自然曲線型走向，并在渠道兩側(cè)布置健身步道及綠地，形成生態(tài)水系景觀帶。

三、渠道斷面設(shè)計(jì)

（一）縱斷面設(shè)計(jì)

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地面高程，渠道縱坡均按地面縱坡確定，為保證渠道安全運(yùn)行，同時(shí)滿足冬季停水后防止渠內(nèi)積水凍脹及塊石襯砌渠道最大不沖流速小于2.5m/s的要求，渠道縱坡按正坡連接設(shè)計(jì)。渠道岸頂高程不得高于丹霞快速通道路面。

為保證渠道調(diào)水期間正常輸水及調(diào)水間歇期渠道內(nèi)保留水面，根據(jù)現(xiàn)狀地形調(diào)整渠道設(shè)計(jì)縱坡為1/500，并在渠道內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)置帶擋水墻的陡坡，擋水墻高度按堰頂過(guò)流流量達(dá)到渠道調(diào)水設(shè)計(jì)流量時(shí)的高度確定。

圖1 生態(tài)渠道縱斷面設(shè)計(jì)示意圖

圖2 生態(tài)渠道橫斷面設(shè)計(jì)圖

（二）橫斷面設(shè)計(jì)

為助推美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，改善農(nóng)村人居環(huán)境、形成生態(tài)宜居的美麗鄉(xiāng)村，經(jīng)對(duì)臨澤縣近年來(lái)實(shí)施的生態(tài)水系工程對(duì)比分析，渠道橫斷面形式選擇寬淺式梯形斷面，襯砌材料根據(jù)修建渠道的地形、地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)亟ㄖ牧蟽?chǔ)量綜合分析，采用砂礫石、干砌石和生態(tài)袋復(fù)合襯砌，土工膜防滲技術(shù)。

渠道設(shè)計(jì)底寬5.3m，渠深1.0m，水深0.85m，超高0.15m。渠底襯砌結(jié)構(gòu)從下到上依次為10cm厚中粗砂、0.3mm厚復(fù)合土工膜、10cm厚中粗砂、35cm厚砂礫石墊層。土工膜及上下中粗砂墊層以1:3坡度由渠底兩側(cè)向渠坡延伸至渠頂設(shè)計(jì)高程，渠坡臨水坡水面以下采用30cm厚干砌石護(hù)砌，水面以上采用生態(tài)袋按1:3坡度護(hù)砌至渠頂高程，生態(tài)袋厚30cm，生態(tài)袋與土工膜上中粗砂墊層間回填壤土至渠頂高程。

1. 生態(tài)袋設(shè)計(jì)。生態(tài)袋是一種護(hù)坡植被綠化的生態(tài)環(huán)保袋，是由聚丙烯或聚酯纖維為原材料制成的雙面熨燙針刺無(wú)紡布加工而成的袋子，是一種抗紫外線耐酸堿的合成材料。生態(tài)袋應(yīng)用于渠道襯砌工程中，具有施工鋪設(shè)簡(jiǎn)便，草種隨意調(diào)整，且分布均勻、成活率高，形成草皮護(hù)坡快的優(yōu)點(diǎn)。該工程根據(jù)氣候條件選擇有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性、管理粗放、耐寒旱，生長(zhǎng)迅速、再生能力強(qiáng)、地表覆蓋度高的多年生黑麥草、高羊茅、細(xì)羊茅和波斯菊為生態(tài)袋草種。生態(tài)袋內(nèi)裝填材料主要以種植壤土、黃沙、有機(jī)肥及微生物菌劑組成，經(jīng)充分拌合發(fā)酵后裝袋沿渠道坡比分層呈梯形疊砌。

2. 土工膜設(shè)計(jì)。復(fù)合土工膜防滲具有防滲效果好，施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)際，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，生態(tài)渠道防滲選用SN2/PE-16-300-0.3規(guī)格的復(fù)合土工膜，即短纖針刺非織造/PE復(fù)合土工膜，兩布一膜，斷裂強(qiáng)度為16KN/m，單位面積總質(zhì)量為600g/m2，非織造布采用滌綸短纖制成，短纖針刺非織造布單位面積質(zhì)量150g/m2，膜材厚度0.3mm。幅寬選擇≥6m，搭接強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度。

3. 抗凍脹設(shè)計(jì)。渠道渠底為砂礫石襯砌，不進(jìn)行抗凍脹設(shè)計(jì)，渠坡為干砌石、生態(tài)袋襯砌，沒(méi)有抗凍脹要求。

綜上所述，該生態(tài)渠道襯砌形式與混凝土常規(guī)襯砌形式相比，具有抗凍脹性能好、防滲效果佳、施工方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，生態(tài)護(hù)坡和擋水墻的應(yīng)用可極大地改善局部小氣候，美化環(huán)境，形成生態(tài)親水景觀帶，對(duì)水體自凈能力有一定作用，且符合新時(shí)代生態(tài)治水要求。

近年來(lái)，生態(tài)渠道襯砌形式先后應(yīng)用于臨澤縣大沙河至雙泉湖水系連通工程和14萬(wàn)畝公益林生態(tài)供水工程，工程建成后，水生態(tài)景觀效益突顯，設(shè)計(jì)方案得到了設(shè)計(jì)單位、當(dāng)?shù)鼐用窦罢块T(mén)的好評(píng)。該生態(tài)渠道襯砌斷面在西北地區(qū)借鑒應(yīng)用，還需注意以下幾點(diǎn)：一是生態(tài)袋疊砌完成后，應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，保持生態(tài)袋濕潤(rùn)，有利于出苗整齊；二是工程工期宜安排在9月份以前，有利于生態(tài)袋植物根系成長(zhǎng)發(fā)育，確保越冬，次年正常發(fā)芽生長(zhǎng)，形成草皮護(hù)坡，使渠道邊坡穩(wěn)定；三是對(duì)降雨量較少的干旱地區(qū)，宜與綠化供水微灌工程配合實(shí)施，以保證生態(tài)護(hù)坡植物灌水需求，降低人工養(yǎng)護(hù)成本。