某灌區(qū)干渠排水工程1#退水渠設計研究

惠志賓，田振燕

（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司，河南 南陽 473000）

0 引言

某灌區(qū)由引丹總干渠、下洼樞紐、刁河灌區(qū)等部分組成，工程自1970 年元月開工建設，1974 年8 月骨干工程通水開始發(fā)揮效益。1998 年至2020 年間此灌區(qū)共歷經(jīng)了22 次續(xù)建配套與節(jié)水改造，由于種種原因，沒有對灌區(qū)進行全面而系統(tǒng)的提升改造。按照“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路以及“要在提高糧食生產能力上開辟新途徑、挖掘新空間、培育新優(yōu)勢”的生產理念，積極合理地開展大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造與現(xiàn)代化建設。于2020年編制了灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造實施方案，通過灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造，夯實農業(yè)生產能力基礎，推動農村產業(yè)深度融合和發(fā)展壯大，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。以下結合此灌區(qū)刁南干渠1#退水渠（樁號0+800～2+065段）全段襯砌工程案例分析研究退水渠設計的基本內容。

1 工程概況

某灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化節(jié)水改造項目計劃對刁南干渠1#退水渠（樁號0+800～2+065 段）進行全段襯砌，襯砌長度1.256 km。經(jīng)過此次治理后，刁南干渠1#退水渠渠道全面貫通，退水可直接排入排子河。退水渠渠道比降依據(jù)現(xiàn)狀溝底坡度確定，樁號0+800～1+008段比降1/300，樁號1+008～1+400段比降1/100，樁號1+400～2+065段比降1/150。

2 渠道襯砌斷面比選

刁南干渠1#退水渠在樁號0+800～1+665 段采用C20 混凝土矩形斷面，底寬2 m；樁號1+665～2+065 段采用土渠梯形斷面，底寬2 m，梯形斷面邊坡坡比1:1.50。

根據(jù)實測地形圖及實際查勘情況，樁號0+800～1+008 段，左邊為生產路，右邊為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬0.70～1.80 m，邊坡1:0.20～1:1.15；樁號1+008～1+380段，右邊為生產路，左邊為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬1.60～2.00 m，邊坡1:0.66～1:2.20；樁號1+380～1+600段，左岸為生產路，右岸為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬1.20～1.90 m，邊坡1:0.48～1:1.34；樁號1+600～2+065段兩岸為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬2.10～2.40 m，邊坡1:0.85～1:1.20。

根據(jù)實測斷面分析，對設計斷面進行優(yōu)化比選，樁號0+800～1+008 段增加“梯形斷面，邊墻采用貼坡式擋墻”方案，樁號1+008～1+685段增加梯形斷面方案。

樁號1+665～2+065 段渠道地層巖性為粉質黏土，根據(jù)《灌溉與排水工程設計標準》，粘土允許不沖流速為0.75～1.00 m/s?？裳胁捎猛燎菪螖嗝妫讓? m，坡比1:1.50，設計流速2.36 m/s，設計流速遠大于允許不沖流速，如采用土渠，則該段渠道存在沖刷嚴重、岸坡不穩(wěn)等問題。為確保該段渠道安全，滿足沖刷要求，需對該段渠道進行襯砌，渠底寬度由2 m調整為1 m。

可研矩形斷面方案總投資為241.74萬元，此次方案總投資為92.45 萬元，投資可節(jié)省149.29 萬元。因此，從經(jīng)濟角度出發(fā)，確定刁南干渠1#退水渠樁號0+800～1+008 段采用梯形斷面，邊墻采用貼坡式擋墻，渠底寬1 m，邊坡1:0.75；樁號1+008～2+065段采用梯形斷面，渠底寬1 m，邊坡1:1.50。

3 渠道防滲襯砌方案比選

以刁南干渠1#退水渠樁號1+008～1+400 段梯形渠道防滲襯砌為例，提出三種方案進行比較，即漿砌石襯砌防滲、混凝土襯砌防滲、土工膜鋪設防滲。

方案一：Mu60M7.5漿砌石襯砌防滲

Mu60M7.5 漿砌石防滲襯砌，抗凍、抗沖、抗磨和耐久性好（使用年限25-40 年），施工簡單，但糙率大，防滲效果不易保證，投資較大。

方案二：C25混凝土襯砌防滲

C25 混凝土防滲襯砌，糙率小，輸水能力強，防滲效果、抗沖性、耐久性好（使用年限30-50 年），允許流速大，強度高，管理維修方便，投資小于漿砌石防滲襯砌，大于土工膜防滲。

方案三：土工膜襯砌防滲

土工膜防滲襯砌，防滲效果好，重量輕，運輸量小，造價較低，但占地多，允許流速小，糙率大，輸水能力低，管理維修難度大，使用年限相對較?。ㄊ褂媚晗?0-50年）。

經(jīng)綜合比較，確定采用C25混凝土襯砌方案。

4 水力計算

設計中設計流量采用退水流量，混凝土襯砌中渠道糙率選用n=0.015，采用明渠均勻流公式計算不同底寬的輸水能力，計算公式：

式（1）～（3）中：Q—流量，m3/s；C—謝才系數(shù)；R—水力半徑，m；i—渠道縱坡；A—過水斷面面積，m2；n—糙率，取0.015。

以樁號0+800～1+008 為例進行渠道水力計算。已知該段內退水流量8 m3/s，設計渠深1.80 m，縱坡1/300，渠道為梯形斷面，邊坡采用貼坡式擋墻型式，內邊坡坡比1:0.75，采用C25混凝土襯砌，糙率0.015，試算結果如表1所示。

表1 渠道水深計算表

從表1中可以看出水深1.38、1.26 m均符合《灌溉與排水工程設計標準》規(guī)定的“渠道襯砌超高值可采用0.30～0.80 m”要求，但水深1.26 m 時渠底底板工程量有所增加，因此選渠道底寬1 m作為該段的設計渠底。

刁南干渠1#退水渠樁號0+800～2+065 段水力計算結果見表2。

表2 刁南干渠1#退水渠水力要素表

5 渠道設計

刁南干渠1#退水閘位于樁號7+641處，退水流量8 m3/s，其渠道及主要建筑物工程級別為4級，次要建筑物為5級。此次工程對1#退水渠樁號0+800～2+065 段進行全段襯砌，全長1.27 km。

樁號0+800～1+008 段208 m 采用C25 混凝土梯形斷面，比降1/300，襯砌渠深1.80 m；底寬1 m，厚20 cm；邊墻采用貼坡式擋墻，墻頂寬0.30 m，內邊坡1:0.75，外邊坡1:0.50。樁號1+008～2+065 段1 057 m 采用C25 混凝土梯形斷面，底寬1 m，厚8 cm，內邊坡1:1.50。其中：樁號1+008～1+400段比降1/100，襯砌渠深1.20 m；樁號1+400～2+065段比降1/150，襯砌渠深1.30 m。橫縫每5 m 設置一道，伸縮縫寬2 cm，填縫材料選用閉孔泡沫板。對于渠道底淤泥應全部開挖，并按設計斷面進行填筑，回填土壓實度不小于0.92。為便于渠道兩側耕地內積水排入渠道，渠頂高于設計水深且不高于兩側地面高程。對退水渠末端渠底進行防護，防護采用格賓石籠防護，格賓石籠厚30 cm。

在渠道兩側的排水支溝進口設排水涵6座，分別位于樁號1+130、1+260、1+380的兩岸，管身采用進行DN600的Ⅰ級管。

6 渠道沖淤復核

對于混凝土襯砌渠道，當R＝1 m時，渠道的允許不沖流速小于8 m/s，當R≠1 m，允許不沖流速應為R=1 m時的不沖流速值乘以R1/4，以樁號1+400～2+065段為例，計算渠道的不沖流速為：V不沖＜8 0.521/4=6.79 m/s；V不淤=0.50 m/s；V=Q/A=8/2.28=3.51 m/s；則：V不淤＜V＜V不沖（4）

式中：R—水力半徑，m；Q—設計流量，m3/s；A—過水斷面面積，m2；V—設計流速，m/s。

則該渠道滿足不沖不淤設計要求。

7 結語

綜上所述，對某灌區(qū)干渠大型退水渠從渠道襯砌斷面比選、渠道防滲襯砌方案比選、水力計算、渠道設計及渠道沖淤復核等主要部分完成退水渠設計基本內容，獲得相應成果，可為同類工程建設提供參考。