某縣東山溝牧民定居點渠道工程設(shè)計方案探討

卞建偉

【摘要】東山溝牧民定居點渠道改造工程斷面形式采用梯形預(yù)制混凝土板襯砌形式，既有效地利用了原渠道渠線，又保證了渠道工程質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】渠道改造；梯形預(yù)制板混凝土襯砌方案；應(yīng)用與分析

1、工程概況

東山溝牧民定居點渠道工程位于東灣鎮(zhèn)東山溝村，項目建設(shè)地點位于距縣城東南50公里的東灣鎮(zhèn)。東山溝支渠從東干渠引水，承擔(dān)著2.75萬畝地的灌溉輸水任務(wù)，渠道老化破損嚴(yán)重，渠道沿線地層下伏厚砂卵石層，滲漏損失嚴(yán)重，每年灌溉期都要投入大量的人力、物力對渠道進(jìn)行維護(hù)。為節(jié)約和合理利用灌區(qū)水資源，減少渠道滲漏損失，此次渠道工程改造支渠6.6km，設(shè)計流量0.8-1.5m3/s，配套渠系建筑物11座（其中農(nóng)橋3座、節(jié)制分水閘4座、渡槽3座、過水涵1個）。

2、工程設(shè)計

2.1 工程總體布置。本工程建設(shè)主要內(nèi)容是對東灣鎮(zhèn)東山溝牧民定居點引水渠道進(jìn)行防滲改造，使其達(dá)到防滲節(jié)水，提高灌區(qū)用水保證率，同時滿足防淤、防沖和安全輸水的要求，改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的目的。根據(jù)灌溉實際需要，本次設(shè)計改造支渠6.6km，其中上游段0+000-4+400設(shè)計引水流量為1.5m3/s，中游段4+400-5+600設(shè)計引水流量為1.15m3/s，下游段5+600-6+600設(shè)計引水流量為0.8m3/s?？刂茤|山溝牧民定居點灌溉面積2.75萬畝。依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-99），東山溝支渠工程等別為Ⅴ等，屬?。?）型工程，渠道、節(jié)制閘、農(nóng)橋等渠系建筑物級別為5級。配套渠系建筑物11座。

2.2 渠道工程

2.2.1 水源設(shè)計方案。灌區(qū)的水源工程是寧家河河水，灌區(qū)干支渠系已配套，支渠采用續(xù)灌方式，斗渠采用輪灌制度。

2.2.2 渠道流量確定。渠道控制灌溉面積2.75萬畝，設(shè)計水平年加大流量為1.8m3/s，設(shè)計引水流量定為1.5m3/s。

2.2.3 渠道斷面形式的確定。渠道斷面設(shè)計均為梯形，底寬0.5m，渠道內(nèi)邊坡系數(shù)為1：1.5，外邊坡系數(shù)為1：1.5。

根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004，綜合選定混凝土糙率為0.017。

根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（DL/T 5057-1996）要求，確定混凝土標(biāo)號采用C20。該地區(qū)最冷月平均氣溫為-16.6℃，處于寒冷區(qū)，確定混凝土抗凍等級為F200。根據(jù)防滲要求混凝土襯砌防滲等級確定為W4。

2.2.4 渠道水力計算。渠道水力計算采用明渠均勻流公式，依據(jù)已知的設(shè)計流量，渠底縱坡、邊坡系數(shù)、糙率、不沖淤流速，按最佳水利斷面的要求，計算出水深和底寬；根據(jù)實際所用襯砌材料尺寸最終確定渠道斷面，渠道超高按規(guī)范取值。

渠道斷面為梯形，邊坡系數(shù)為1.5，斷面為預(yù)制混凝土板襯砌，渠深1.15m，底寬0.5m，壓頂用C20混凝土預(yù)制板，渠道鋪設(shè)0.30m厚的砂礫石墊層。

2.2.5 渠道岸頂超高計算。根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004，Ⅴ級渠道岸頂超高由下式計算確定：

2.2.6 抗凍脹設(shè)計。根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》（SL23-2006）的規(guī)定，項目工程所在地最冷月平均氣溫-16.6℃<-10℃，屬于嚴(yán)寒氣候，標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.00m；支渠渠基土為低液限粉土，土中粒徑d≤0.075mm的土粒按重量比大于總土重的10%，具有凍脹性。因此需要對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗凍脹設(shè)計。

（1）設(shè)計凍深確定?？箖雒浿脫Q層厚度按《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》（SL23-2006）中公式（3.1.3）規(guī)定計算設(shè)計凍深Zd為1.01m，渠道陽坡設(shè)計凍深為0.83m，渠道陰坡設(shè)計凍深為1.01m。根據(jù)抗冰凍設(shè)計規(guī)范附錄B按下式計算：Zd=φfψdψωZk

（2）基礎(chǔ)設(shè)計凍深。按下式計算：Zf=Zd+ψωds-1.67δi

（3）土的地表凍脹量。由于無觀測資料，Ⅳ級建筑物可按水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范附錄C的圖C2確定土的地表凍脹量Δh為25mm。根據(jù)規(guī)范對土的凍脹性的劃分，屬于Ⅰ級凍脹。

根據(jù)就地取材、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則，當(dāng)?shù)赜胸S富的砂礫石料，抗凍脹置換材料選用土中粒徑≤0.075mm的土粒按重量比大于總土重10%的砂礫石料。

（4）實際工程經(jīng)驗：通過對灌區(qū)各渠道破壞情況的調(diào)查與分析，墊層設(shè)20cm-40cm不會發(fā)生破壞。

綜上所述，本次設(shè)計砂礫石墊層的技術(shù)要求為：最大顆粒粒徑不超過40mm，小于0.075mm的顆粒質(zhì)量含量不超過10%，小于7.5mm顆粒質(zhì)量含量不超過40%，相對密度不小于0.75。

3、渠道工程設(shè)計方案的分析

3.1 所選渠線既可縮短工期，又減少工程投資。本次渠線選線如果選新建復(fù)線，雖然施工期不受渠道灌溉的影響，施工強度小，施工工藝簡單。但開挖方量大，投資高，需要新增占地。另一方面本灌區(qū)經(jīng)過多年的運行，渠床已處于穩(wěn)定狀態(tài)，渠道兩側(cè)灌區(qū)、下級渠道及渠道兩岸的路林都已基本固定成型，如較大幅度調(diào)整縱坡，將引起逐級渠道及兩側(cè)灌區(qū)的變動。因此選老渠線方案，為做到保持原有灌溉系統(tǒng)的完整性，滿足灌區(qū)引水要求和交通要求，盡量少占耕地，本次選擇較短渠線。

3.2 渠道襯砌選用預(yù)制板襯砌防滲方式，防滲效果較好。渠道襯砌設(shè)計方案考慮了二種方案，即現(xiàn)澆砼板防滲和預(yù)制板襯砌防滲。若采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌防滲，整體性好，利于防沖，護(hù)凍脹性能好，工期長，造價高，需施工導(dǎo)流。若采用預(yù)制板襯砌防滲，施工較快。綜合造價較低，不需施工導(dǎo)流，投資較低，防滲效果較好。因此綜合渠道工程地質(zhì)條件分析和投資方面分析， 本次渠道襯砌采用預(yù)制板襯砌防滲斷面設(shè)計方案。