新疆某骨干工程渠道斷面形式比選分析

張 龍

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師五家渠市水政監(jiān)察支隊(duì)，新疆 五家渠 831300)

1 工程概況

50團(tuán)地處塔克拉瑪干大沙漠和塔里木盆地西部邊緣，葉爾羌河下游，屬第三師前海大型灌區(qū)的小海子灌區(qū)團(tuán)場(chǎng)之一。團(tuán)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，現(xiàn)有灌溉面積 15120hm2，主要種植作物有棉花、冬小麥、瓜果等。由于團(tuán)場(chǎng)農(nóng)業(yè)灌溉渠系防滲不完善，渠系水利用系數(shù)較低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展受到極大限制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益較低、職工收入增長(zhǎng)緩慢。

2020年，50團(tuán)申請(qǐng)國(guó)家水利發(fā)展專項(xiàng)資金，實(shí)施骨干工程項(xiàng)目建設(shè)，工程主要建設(shè)內(nèi)容：防滲改建干渠1條、支渠27條，總長(zhǎng)78.55km，干渠設(shè)計(jì)流量12m3/s，支渠設(shè)計(jì)流量 0.2～2.56m3/s，配套建筑物239座，新建砂礫石伴渠路13.22km。工程級(jí)別4級(jí)。

工程項(xiàng)目實(shí)施，可對(duì) 50 團(tuán)骨干渠道進(jìn)行防滲改建，并配套信息化建設(shè)，將有效改善團(tuán)場(chǎng)灌溉條件，改善灌溉面積 15120hm2；同時(shí)提高水資源利用效率，提升灌區(qū)管理水平，為灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供有力支撐。

2 渠道斷面形式比選分析

2.1 襯砌材料分析

根據(jù)渠道設(shè)計(jì)流量、渠道縱坡、沿線工程地質(zhì)和渠道功能等因素，選用現(xiàn)澆砼板、預(yù)制砼板、雷諾護(hù)墊3種襯砌材料進(jìn)行比選。

(1)投資與施工。預(yù)制砼板價(jià)格最高，且受施工質(zhì)量影響較大，使用年限不如現(xiàn)澆砼板襯砌；現(xiàn)澆砼板價(jià)格便宜，材料適應(yīng)性強(qiáng)，使用年限長(zhǎng)，并且易于施工，便于控制施工質(zhì)量；雷諾護(hù)墊價(jià)格最低，施工工藝簡(jiǎn)單，但受料石材料影響，質(zhì)量不易控制。

(2)水流條件。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)平坦，縱坡較小，現(xiàn)澆砼板板縫最少水流條件最優(yōu)；預(yù)制砼板板縫較多，且表面平整度受施工質(zhì)量影響較大，水流條件較差； 雷諾護(hù)墊糙率最大，水流條件不佳且易形成掛淤。

(3)防滲效果。雷諾護(hù)墊為透水性材料防滲效果最差；預(yù)制砼板材料本身具有較好的防滲效果，但板縫較多易形成滲漏，受施工質(zhì)量影響大；現(xiàn)澆砼板板縫少，受施工質(zhì)量影響不大，防滲效果最優(yōu)。

(4)土工布。項(xiàng)目區(qū)抗凍墊層的砂礫石料均為破碎料，粗骨料為角礫，尖角多易破壞塑膜，為達(dá)到預(yù)期防滲效果，采用兩布一膜可有效保護(hù)塑膜。

3種襯砌方式分析結(jié)論見(jiàn)表1。

表1 襯砌材料對(duì)比 單位：元/m3

經(jīng)以上比較分析，50 團(tuán)骨干工程項(xiàng)目渠道襯砌材料采用現(xiàn)澆砼板襯砌+兩布一膜。

2.2 渠道斷面形式特點(diǎn)分析

2.2.1梯形斷面

(1)斷面形式。渠道全斷面采用厚度為 8cm的C20 混凝土現(xiàn)澆板襯砌，下鋪兩布一膜(布 150g/m2、膜厚 0.3mm)，下設(shè)厚度為40cm 砂礫石墊層。渠道內(nèi)坡 1∶1.5，外邊坡 1∶1.5。兩側(cè)渠堤寬 1.0m，渠道底寬 0.8m，深度 0.85m，流速0.66m/s，渠道開(kāi)口寬度為 3.35m。如圖1所示。

圖1 梯形斷面(單位：cm)

(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。渠道結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，抗沖刷、抗凍性能一般。

(3)防滲效果。主要為現(xiàn)澆砼板加兩布一膜雙防滲結(jié)構(gòu)，防滲效果較好。

(4)工程占地。渠道斷面較小，占地較小，對(duì)渠道兩側(cè)樹(shù)木砍伐較少，有利于生態(tài)環(huán)境。

(5)工程施工。清廢→填筑土方→開(kāi)挖→砂礫石墊層→兩布一膜→現(xiàn)澆砼板→壓頂板→完工清理。梯形斷面現(xiàn)澆施工工藝簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量易控制，施工速度較快，工期較短。

(6)水力條件。水流條件一般，抗凍脹性能好。

(7)運(yùn)行管理。渠道底部為矩形，濕周較大，阻力較大，流速慢、運(yùn)行一般，易于掛淤堵塞，形成淤積物，給日常運(yùn)行管理與維護(hù)帶來(lái)不便。

(8)工程投資。渠道工程(不含建筑物)投資為76.9萬(wàn)元/km。

2.2.2弧形坡腳梯形斷面

(1)斷面形式。渠道全斷面采用厚度為8cm 的 C20 混凝土現(xiàn)澆板襯砌，下鋪兩布一膜(布 150g/m2、膜的厚度為0.3mm)，下設(shè)厚度為40cm 的砂礫石墊層。渠道內(nèi)坡 1∶1.5，外邊坡 1∶1.5。兩側(cè)渠堤寬 1.0m，渠道平底寬 0.6m，弧底寬 0.8，弧型半徑 0.72m，深度 0.90m，流速 0.71m/s，渠道開(kāi)口寬度為 3.10m。如圖2所示。

圖2 弧形坡腳梯形斷面(單位：cm)

(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。渠道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，弧形底方案有利于增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，斷面結(jié)構(gòu)性如抗沖、抗凍性能較強(qiáng)。

(3)防滲效果。主要為現(xiàn)澆砼板加兩布一膜雙防滲結(jié)構(gòu)，防滲效果較好。

(4)工程占地。渠道斷面較小，占地較小，對(duì)渠道兩側(cè)樹(shù)木砍伐較少，有利于生態(tài)環(huán)境。

(5)工程施工。清廢→填筑土方→開(kāi)挖→砂礫石墊層→兩布一膜→現(xiàn)澆砼板→壓頂板→完工清理?；⌒纹履_需要單獨(dú)制作弧形模板，施工較平底渠道復(fù)雜，而且弧形坡腳處的混凝土振搗不方便，極易造成施工質(zhì)量缺陷，施工進(jìn)度較慢，工期較長(zhǎng)。

(6)水力條件。水流條件較好，抗凍脹性能好。

(7)運(yùn)行管理。渠道底部為弧形，濕周較小，阻力較少，流速快、運(yùn)行通暢，不易掛淤堵塞，維修方便。

(8)工程投資。渠道工程(不含建筑物)投資為74.2萬(wàn)元/km。

2.2.3梯弧形斷面

(1)斷面形式。渠道全斷面采用厚度為8cm 的 C20 混凝土現(xiàn)澆板襯砌，下鋪兩布一膜(布 150g/m2、膜的厚度為 0.3mm)，下設(shè)厚度為 40cm 的砂礫石墊層。渠道內(nèi)坡 1∶1.5，外邊坡 1∶1.5。兩側(cè)渠堤寬1.0m，渠道底寬 0.8m，深度 0.87m，流速0.68m/s，渠道開(kāi)口寬度為 3.15m。如圖3所示。

圖3 梯弧形斷面圖(單位：cm)

(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。渠道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，弧形底方案有利于增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，抗沖刷較強(qiáng)、抗凍性能一般。

(3)防滲效果。主要為現(xiàn)澆砼板加兩布一膜雙防滲結(jié)構(gòu)，防滲效果較好。

(4)工程占地。渠道斷面較小，占地較小，對(duì)渠道兩側(cè)樹(shù)木砍伐較少，有利于生態(tài)環(huán)境。

(5)工程施工。清廢→填筑土方→開(kāi)挖→砂礫石墊層→兩布一膜→現(xiàn)澆砼板→壓頂板→完工清理。弧形坡腳需要單獨(dú)制作弧形模板，施工較平底渠道復(fù)雜，而且弧形坡腳處的混凝土振搗不方便，極易造成施工質(zhì)量缺陷，施工進(jìn)度較慢，工期較長(zhǎng)。

(6)水力條件。水流條件一般，抗凍脹性能好。

(7)運(yùn)行管理。渠道底部為梯弧形，濕周較大，阻力較大，流速慢、運(yùn)行一般，易于掛淤堵塞，形成淤積物，給日常運(yùn)行管理與維護(hù)帶來(lái)不便。

(8)工程投資。渠道工程(不含建筑物)投資為75.3萬(wàn)元/km。

2.3 分析結(jié)論

通過(guò)對(duì)梯形斷面、弧形坡腳梯形斷面、梯弧形斷面形式進(jìn)行對(duì)比，從渠道結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、防滲效果、工程占地、工程施工、水力條件、運(yùn)行管理、工程投資方面分析、比較，分析成果詳見(jiàn)表2。

表2 斷面形式分析成果

綜合上述分析成果，最終確定50團(tuán)骨干工程項(xiàng)目渠道斷面形式為弧形坡腳梯形斷面。

3 結(jié)語(yǔ)

50團(tuán)骨干工程項(xiàng)目實(shí)施中，通過(guò)比選、分析不同的渠道斷面，最終確定適用的弧形坡腳梯形斷面形式，提升了工程質(zhì)量，降低了投資，便于工程運(yùn)行管理。上述針對(duì)渠道斷面形式的比選、分析僅限于渠道襯砌材料相同，設(shè)計(jì)流量 1.0m3/s左右，均為半挖半填方且縱坡在0.0013左右的支渠中進(jìn)行，非上述情況的渠道斷面形式還需結(jié)合實(shí)際重新論證、分析，最終確定渠道最佳斷面形式。