劉海成

(奎屯農(nóng)七師勘測設計研究院，新疆奎屯833200)

1 概述

近幾年，隨著國家對農(nóng)田水利基礎設施投入力度的加大，各地灌區(qū)渠道節(jié)水改造步伐也隨之加快，在渠道襯砌方面啟用了很多新的施工材料和方法，其中混凝土預制板的使用就比較普遍，因其施工方法簡單，技術單一，可操作性強，被各建筑單位廣為使用，此項工程技術也得到了日益廣泛的應用。筆者現(xiàn)以新疆兵團第七師129團一支渠為例，將混凝土預制板渠道設計及應用方面的技術經(jīng)驗匯總如下，供大家參考。

2 工程規(guī)劃設計

2.1 一支渠現(xiàn)狀及在灌區(qū)中的地位和作用

129團一支渠位于新疆兵團第七師129團團部東側10 km處，渠道全長14 km，自黃溝干渠129團一支渠分水閘處引水，至129團10連結束，現(xiàn)狀為梯形土渠，渠道設計流量2.84～0.49 m3/s，實際最大過水2 m3/s。現(xiàn)有渠系建筑物21座，其中水閘13座;交通橋2座，渠下排涵6座。

一支渠每年滲漏損失水量495.81萬m3/年，加劇了渠道耕地的次生鹽漬化，造成渠道兩側0.42萬畝耕地次生鹽堿化，每年農(nóng)業(yè)減產(chǎn)損失168萬元。

一支渠年均引水量為3 136.31萬m3，占129團年引水量的53.8%。控制灌溉面積6.1萬畝，占全團灌溉面積的48.4%。渠道控制區(qū)年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值24 324萬元，占129團農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的

49.2%。

2.2 設計基本參數(shù)

設計流量:2.84 ～0.49 m3/s;

加大流量:3.69 ～0.64 m3/s;

地震烈度:Ⅶ度;

最大凍土深度:1.40 m;

地層巖性:粉土;

歷年平均氣溫:6.5℃;

歷年最高氣溫:42.1℃;

歷年最低氣溫:－42.3℃;

歷年平均蒸發(fā)量:1 785 mm;

歷年平均降水量:161.5 mm。

2.3 渠道工程設計

一支渠控制灌溉面積6.1萬畝，渠道流量2.84～0.49 m3/s，根據(jù)《渠道防滲工程技術規(guī)范》，確定工程為中型，工程等別為Ⅴ等，渠系建筑物工程級別確定為5級，臨時建筑物為5級。渠道改建后灌溉方式為滴灌，灌溉設計保證率采用90%。

2.3.1 渠線選擇

129團一支渠原渠系建筑物和斗、農(nóng)渠及條田布局已形成，灌區(qū)內(nèi)渠、林、路已配套齊全。經(jīng)現(xiàn)場勘查，本渠道工程采用原有渠線。

2.3.2 渠道縱斷面設計

一支渠起點為黃溝干渠上的節(jié)制分水閘，閘底高程為317.62 m，終點為129團1支四分支閘口，閘底高程308.78 m;在設計時參照各建筑物底板高程及分水口高程控制和調(diào)整各渠段的縱坡。

表1 一支渠渠底高程設計表

2.3.3 渠道橫斷面結構形式

結合本地區(qū)近年來在渠道設計方面的經(jīng)驗，渠道斷面形式采用梯形斷面，結構形式為預制砼板+一布一膜的防滲襯砌結構。

2.3.4 渠道橫斷面設計

(1)邊坡的確定。一支渠沿線土質(zhì)為粉土，根據(jù)灌區(qū)多年渠道防滲經(jīng)驗，此次設計渠道內(nèi)邊坡系數(shù)取1.5，外邊坡系數(shù)取1.5。

(2)糙率。根據(jù)《渠道防滲工程技術規(guī)范》規(guī)定，本工程渠道糙率取0.017。

(3)渠堤寬度的設計。根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》規(guī)定，此次設計渠堤寬度為2 m。

(4)渠堤超高及渠深。渠道超高根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》的公式計算:

Fb=hb/4+0.2

式中:Fb為道超高;hb為渠道通過加大流量時的水深(m)(5)設計流速。根據(jù)《渠道防滲工程技術規(guī)范》的規(guī)定，預制砼襯砌渠道允許不沖流速＜2.5 m/s。

(6)渠道水力要素計算

渠道水利計算按明渠均勻流公式計算渠道橫斷面尺寸，其公式為:

Q=A×C(R×I)1/2

式中:Q為渠道設計流量(m3/s);A為渠道過水面積(m2);B為渠道底寬(m);H為渠道水深(m);R為水力半徑(m)R=A/X;X為過水斷面濕周(m);C為謝才系數(shù)C=1/n×R1/6;n為渠底糙率;

表2 129團一支渠渠道水力要素表

2.3.5 渠道防滲設計

為合理安排工期，本次設計采用預制混凝土板、復合土工膜的防滲襯砌形式。

(1)板厚的選擇。根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》，本次預制混凝土板厚度為60 mm?；炷翉姸葮颂枮镃20，抗凍標號為F150，抗?jié)B標號為W6。

(2)土工膜選擇。據(jù)近幾年的工程實踐，土工膜作為防滲材料，防滲效果好，使用壽命長，已得到廣泛認可。本次渠道工程采用一布一膜(150 g/m2，膜厚0.3 mm)作為防滲材料。

(3)伸縮縫設計。根據(jù)《渠道防滲工程技術規(guī)范》此次設計每隔7.26 m設一道橫向伸縮縫，伸縮縫寬度20 mm，縫內(nèi)填充瀝青砂漿。

(4)砌塊縫設計?；炷令A制板間縫寬度為20 mm，砌縫采用M15水泥砂漿勾縫。

(5)封頂板設計。渠堤頂部設置水平封頂板，板寬300 mm，板厚60mm，伸縮縫間距1 500mm。伸縮縫寬度20mm，縫內(nèi)填充瀝青砂漿。

2.3.6 防凍脹設計

防凍脹設計是此次渠道設計的主要任務之一，也是渠道能否正常運行的關鍵。本地區(qū)一月份平均氣溫為－18℃，歷年最大凍深為1.4 m。渠道沿線為凍脹性土。根據(jù)本地區(qū)工程經(jīng)驗，確定渠道采用換填的抗凍脹措施。

經(jīng)計算，渠道設計凍深背陰面為1.17～1.32 m，向陽面為0.74～1.17 m，渠底為1.14～1.31 m。根據(jù)《水工建筑物抗凍設計規(guī)范》置換比坡面上、下部取60%，底部取80%。根據(jù)防凍脹計算結果并結合工程經(jīng)驗，確定換填材料。

選擇風積砂、苯板和砂礫石進行比較。換填材料單價比較:

表3 單位造價比較表

經(jīng)過比較并結合當?shù)貙嶋H情況，本工程設計采用砂礫石換填方式進行渠道防凍脹處理。換填厚度:底為40 cm，邊坡為40～30 cm。

經(jīng)過方案比較，綜合經(jīng)濟、施工等各種因素，本工程渠線采用原渠線，橫斷面采用預制砼板梯形斷面，防凍脹措施采用砂礫石換填措施。渠道預制砼板厚度為6 cm，內(nèi)邊坡1∶1.5，外邊坡1∶1.5，混凝土強度標號為C20，抗凍標號為F150，抗?jié)B標號為W6。

圖1 0+000～3+950段橫斷面圖(單位:mm)

圖2 0+000～3+950段橫斷面展開圖(單位:mm)

3 結語

一支渠防滲改建后，將改善129團灌溉面積6.1萬畝，每年可減少滲漏損失水量495.81萬m3，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)由0.56提高到0.74。每年增產(chǎn)糧食522噸，增產(chǎn)棉花76噸，增產(chǎn)番茄1 965噸，增產(chǎn)甜菜281噸。每年新增種植業(yè)產(chǎn)值587.28萬元。

新疆是水資源較為貧乏的西部地區(qū)之一，129團位于北疆天山北坡經(jīng)濟帶，農(nóng)業(yè)是基礎產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)主要是灌溉農(nóng)業(yè)。灌區(qū)大部分渠系為土渠，渠道滲漏嚴重，灌溉水利用率低，水資源損失嚴重，造成土壤次生鹽漬化。從今后社會發(fā)展趨勢分析，人民生活水平的提高，工業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展，都將增加對水資源的需求。只有實施節(jié)水型農(nóng)業(yè)，實行節(jié)水灌溉，并對灌區(qū)水利骨干工程進行改造配套，對水資源實行科學管理，才能促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

新疆綠洲周邊環(huán)境十分惡劣，由于灌溉技術的粗放，灌區(qū)內(nèi)土壤鹽漬化現(xiàn)象普遍。特別是灌區(qū)下游團場地下水位已接近田間持水層，土壤次生鹽漬化的問題嚴重制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。渠道防滲改建后，提高了水資源的利用率，逐步改善了渠道兩側一定范圍內(nèi)的土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀，從而達到改良土壤，增產(chǎn)增收的目的，能有效增加灌區(qū)植被、改良土地，對改善灌區(qū)的小氣候具有積極的作用。

〔1〕灌溉與排水工程設計規(guī)范(GB50288－99).北京:中國水利水電出版社，1999.

〔2〕渠道防滲工程技術規(guī)范(GB/T50600－2010).北京:中國水利水電出版社，2010.

〔3〕渠系工程抗凍脹設計規(guī)范(SL23－2006).北京:中國水利水電出版社，2006.

〔4〕水利建設項目經(jīng)濟評價規(guī)范(SL72－94)北京:中國水利電力出版社，1994.

〔5〕水工設計手冊.北京:中國水利水電出版社，2006.

〔6〕渠道襯砌與防滲工程技術.鄭州:黃河水利出版社，2011.