基于輸水明渠設計及其施工應用

鄭義俊

(江西贛禹工程建設有限公司，南昌 330038)

基于輸水明渠設計及其施工應用

鄭義俊

(江西贛禹工程建設有限公司，南昌 330038)

輸水明渠是供水工程中的重要組成部分，在進行供水工程規(guī)劃設計中，應對輸水明渠段進行合理設計。文章結(jié)合具體的某一供水工程，簡要探討輸水明渠設計方案，并對輸水明渠混凝土施工要點進行闡述，以期對類似工程起到借鑒作用。

供水工程；輸水明渠；設計方案；施工；應用

0 引 言

隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，作為基礎設施建設中的重要組成部分，供水工程正處于突飛猛進的發(fā)展階段。輸水明渠是供水工程中的重要組成部分，為了有效、充分發(fā)揮輸水明渠功能，應對其進行合理的規(guī)劃設計，并嚴格控制輸水明渠施工，確保工程質(zhì)量。文章筆者將結(jié)合具體的某一供水工程，簡要探討輸水明渠的具體設計內(nèi)容，其中主要包括水面線設計、橫斷面形式設計、邊坡穩(wěn)定分析、水利設計、渠道防滲設計等，并且對輸水明渠混凝土的施工要點進行闡述。

1 工程概況

本工程為某一供水工程。該工程全長570km，屬于(2)等工程。該供水工程設計參數(shù)見表1。在該供水工程中，輸水明渠的總長度為1345m，渠底的設計高程為61.213-61.345m之間，渠道的主要設計參數(shù)見表2。

表1 供水工程的設計參數(shù)

表2 渠道的設計參數(shù)

2 水面線設計

可以依據(jù)輸水明渠的控制點水位標高以及水頭的分配成果，渠道可分配的水頭是8.34m，建筑物的水頭是7.75m。從上游向下游應分段扣掉渠道的沿程損失，依次扣掉每座建筑物所分配的水頭，這樣可以計算得出總明渠每個段的設計水面線。

3 橫斷面形式

對于輸水明渠橫斷面形式的設計，弧形渠底斷面形式是水利最佳過流形式，但是這種形式的斷面有一定的施工難度，因此，有時候施工中采用梯形斷面形式會比較常見。在梯形斷面中，水力的最佳斷面形式是窄深式斷面，但上述斷面形式工程成本較高，且后期運行維護較為困難，因此經(jīng)過綜合分析比較，最終采用梯形實用經(jīng)濟的斷面。同時，便于提升干渠抗動穩(wěn)定性，在過水斷面的坡腳位置設置了弧形坡腳形式。

4 邊坡穩(wěn)定分析及邊坡系數(shù)

進行邊坡的穩(wěn)定計算的時候，首要考慮地表至渠底以下5m的范圍內(nèi)，巖土體地質(zhì)參數(shù)、地下的水位以及渠道的挖土填土實際情況。對各個斷面的挖方部位土體的基本參數(shù)，應該根據(jù)地質(zhì)勘察報告中的勘察成果進行合理取值。對地下水位以下部位土體的基本參數(shù)，應該選用飽和固結(jié)快剪指標；但對于地下水水位以上的土體基本參數(shù)，應該采用自然快剪指標。

本工程所在地區(qū)為7°抗震設防，因此在進行邊坡穩(wěn)定分析時，需要考慮地震力的作用，并進行地震計算。經(jīng)過分析計算，渠道土質(zhì)邊坡的系數(shù)在2-3之間，能夠滿足相關規(guī)范的要求。

5 水力設計及斷面要素

對于土渠段的過水斷面施工方式，全部用混凝土襯砌，現(xiàn)場立模澆筑，真空吸水處理，表面進行壓實抹光。石渠段過水斷面則全部采用噴射混凝土補砌和砂漿抹光的施工方式。渠道的綜合糙率能夠滿足0.015的要求。

6 渠道滲漏計算與防滲設計

在進行渠道滲透計算時，重點應考慮渠道的滲漏損失，其中影響渠道滲漏損失的因素包括渠床土壤性質(zhì)、水文地質(zhì)情況、渠道濕周及輸水時間等。一般情況下可以將渠道滲漏損失分成自由滲漏和頂托滲漏兩種，在滲漏過程中，渠道的滲漏損失會發(fā)生一定的變化。

考慮到在本工程中，渠道的基礎基本為輕壤和砂質(zhì)壤土，在沒有防滲措施的情況下，渠道將有較大滲漏量，因此需要針對工程具體情況進行防滲設計。在進行防滲方案設計時，應綜合考慮土質(zhì)、挖填情況、經(jīng)濟性等以確定最佳防滲方案。

7 渠道防凍脹設計

本工程所處的地區(qū)為淺層季節(jié)凍土區(qū)，在冬季基礎土體發(fā)生凍脹會對渠道混凝土襯砌造成較大破壞影響，因此需要對渠道進行防凍脹設計。一般情況下，當有個別渠段的標準凍深在10cm以上的，必須要進行設計凍深和凍脹量計算。渠道的設計凍脹量在1cm以上的時候，就需要采取相應的抗凍脹措施。

在進行渠道防凍脹設計時，應滿足安全、經(jīng)濟合理、技術可行的原則?；诖耍瑢τ诒竟こ痰那婪纼雒浽O計可以按照以下3種不同的情況進行考慮分析：①渠坡水位變幅區(qū)防凍，其他部位不防凍；②渠坡全防凍、渠底不防凍；③全斷面防凍。

冬季，在渠道中，最容易出現(xiàn)破壞的位置往往位于最低蓄水保溫水位至設計水位之間，因此需要根據(jù)以上這3種不同的情況分別確定渠底設計水位。

當渠道設計最大凍脹量超過混凝土襯砌板允許位移值時，應采取相應的抗凍脹措施，一般情況下可以采取置換措施或者保溫措施。對于有的地下水位比渠道設計渠底高的渠段，可以用砂礫料進行置換來處理防凍脹；對地下水位比渠道低的渠段，則可以采取設置保溫板的措施進行抗凍脹處理。一般情況下，所采用的保溫材料可以選用聚苯乙烯泡沫板。

8 渠道襯砌結(jié)構(gòu)設計

8.1 抗浮穩(wěn)定

當渠道襯砌板受到地下水揚壓力頂托時，渠道內(nèi)、外水壓力相等工況下，抗浮穩(wěn)定能夠滿足相關規(guī)范 。

8.2 抗滑穩(wěn)定

根據(jù)抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果，本工程渠道的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在1.2-1.3之間。同時根據(jù)計算結(jié)果可以知道，渠道襯砌的危險滑動面主要出現(xiàn)在復合土工膜與保溫板之間。

8.3 渠道襯砌排水設計

對于地下水位高于渠道設計渠底的渠段，渠道的襯砌板會受到地下水的作用而產(chǎn)生揚壓力。根據(jù)本工程的具體情況，對于渠道建成之后的地下水位，需要考慮3個豐水年補給的標準。

當對渠道襯砌進行排水設計時，一般情況下可以采用外排和內(nèi)排兩種排水方式。具體應根據(jù)地下水質(zhì)情況、自然排水條件等因此進行排水方式的選擇。

9 輸水明渠渠道混凝土施工工藝

本工程的輸水明渠的過水斷面采用現(xiàn)澆混凝土襯砌的施工工藝。渠底襯砌的厚度控制為8cm，渠坡混凝土襯砌的厚度控制為10cm。每間隔5m的距離需要設置一道伸縮縫。以下將對輸水明渠渠道混凝土的施工工藝進行闡述。

9.1 施工工藝流程

本工程中輸水明渠渠道混凝土的施工，具體的施工工藝流程為：修坡及清底→削坡處理→鋪設保溫板→鋪設復合土工膜→安裝模板→混凝土襯砌施工→養(yǎng)護。

9.2 削坡處理

對于渠道邊坡的削鋪處理，主要是采用人工配合機械的方式進行。首先進行機械粗削坡，然后采用人工進行精削坡。在機械削坡之前，應先根據(jù)設計圖紙要求進行測量放樣。在機械削坡時避免出現(xiàn)超挖問題。削坡按照從上而下的順序進行，對于挖出的土體應及時將其運出。

機械削坡之后進行人工精削坡。人工削坡應按照從上而下的順序進行。削坡應確保平整、密實，削坡的誤差應控制在2cm以內(nèi)。

9.3 鋪設保溫板

在本工程中，采用鋪設保溫板的方式處理凍脹危害。本工程所采用的保溫板為聚苯乙烯保溫板，其厚度控制在5cm。首先在坡面上鋪設一層細砂，人工刮平處理后進行保溫板鋪設，然后在其上采用木釘按照梅花形對其進行品字形固定。

9.4 鋪設復合土工膜

在本工程中，采用鋪設復合土工膜的方式處理渠道滲漏問題。當進行土工膜鋪設時，在確保土工膜鋪設平整的同時，應上游邊壓下游邊，土工膜之間拼接采用焊接的方式，搭接寬度應控制在10cm以上，焊縫處應確保不出現(xiàn)虛焊、漏焊以及超焊等問題。土工膜鋪設施工完成之后，應及時進行混凝土襯砌的施工。

9.5 渠道混凝土襯砌施工

1)嚴格按照混凝土配合比進行渠道襯砌混凝土拌和，并確保滿足坍落度要求。拌和完成之后，采用混凝土攪拌車運輸至施工現(xiàn)場。

2)當混凝土到達施工現(xiàn)場之后，應對其質(zhì)量進行檢查，確保滿足要求即可進行混凝土澆筑。安排專人進行混凝土布料指揮，布料的厚度應控制在11-12cm之間，布料之后應立即進行振搗作業(yè)，當混凝土表面平整出漿時即可結(jié)束振搗作業(yè)，并進行人工壓光處理，從而確?；炷恋钠秸?、光潔。

9.6 養(yǎng)護

為了有效確保渠道混凝土質(zhì)量，本工程對渠道混凝土采用覆蓋草簾，灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護7d之后刷涂一層養(yǎng)護劑的方式進行養(yǎng)護。

10 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，作為基礎設施建設中重要組成部分的輸水明渠，合理的規(guī)劃將有效發(fā)揮輸水明渠功能。文章通過結(jié)合某一供水工程，對輸水明渠橫斷面形式的設計，最終選用梯形實用經(jīng)濟斷面。為了有效的確定渠道的抗滑穩(wěn)定性，在過水斷面中設置弧形坡腳形式，從水面線設計、橫斷面形式設計、邊坡穩(wěn)定分析、水利設計、渠道防滲設計等方面系統(tǒng)地探討了輸水明渠的具體設計，提出輸水明渠混凝土的施工要點，為同類工程提供參考實例。

[1]葛文慧．某大型輸水明渠工程優(yōu)化設計分析 [J]．黑龍江水利科技，2011(02)：18-22.

[2]李峰，任繼申，劉猛．大型輸水明渠混凝土機械化襯砌施工技術研究 [J]．廣東水利水電，2009(07)：52-56.

[3]牛福鈺.南水北調(diào)中線京石段應急供水工程之保定段輸水明渠 [J]．水利規(guī)劃與設計，2013(05)：227-229.

[4]程吉林，陳平，朱春龍．提水灌區(qū)輸水明渠縱橫斷面優(yōu)化設計 [J]．灌溉排水學報，2004(10)：78-79.

1007-7596(2016)12-0130-03

2016-11-24

鄭義俊(1985-)，男，江西南昌人，工程師，從事水利水電項目管理工作。

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