高標準農(nóng)田建設(shè)中灌排溝渠施工技術(shù)要點分析

李洪祥

(廣昌縣水利局,江西 撫州 344900)

0 引 言

高標準農(nóng)田的建設(shè)對于保障國家糧食安全具有重大意義,同時也是促進農(nóng)民增產(chǎn)增收有效手段[1]。由于我國幅員遼闊,一些地區(qū)的農(nóng)田建設(shè)過程中,依然存在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱以及相關(guān)配套不完善情況[2-3]。在高標準農(nóng)田項目建設(shè)中,通過建設(shè)科學(xué)合理的灌溉渠道調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況,有效解決農(nóng)田干旱情況,確保農(nóng)業(yè)穩(wěn)定、健康的發(fā)展[4]。農(nóng)田灌溉、排水使用溝渠的位置選擇、工程建設(shè)的質(zhì)量會直接影響相農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的水平。因此需確保工程布置、規(guī)劃設(shè)計、施工組織工作的科學(xué)合理性,有助于實現(xiàn)農(nóng)田項目效益的最大化[5]。如根據(jù)不同的氣候條件,采用灌排兩用地下節(jié)水技術(shù),提高農(nóng)田灌溉排水工程的水分利用率,彌補灌溉技術(shù)不足的問題[6]。采用動態(tài)規(guī)劃布局法,根據(jù)形狀參數(shù)進行渠道斷面設(shè)計,確定最佳的水利斷面,采用改進的渠道斷面設(shè)計施工方法等[7]。文章結(jié)合某地區(qū)高標準農(nóng)田水利建設(shè)實際施工狀況,針對灌排溝渠整體布局,渠道施工防滲、環(huán)保等關(guān)鍵施工技術(shù)方案進行分析研究。

1 項目基礎(chǔ)情況

灌區(qū)由1條長18.26km總干渠,8條分干渠構(gòu)成。主干渠由南向北從灌區(qū)中部穿過,通過橋、涵閘進入東西側(cè)7條分干渠。游標地表水置換地下水灌溉需求,灌區(qū)采用湖水為水源,通過建立的新和總干進入到研究區(qū)。研究區(qū)為灌排兩用渠道,四分干渠,下布設(shè)三個支渠,二、三支渠為灌排兩用渠道,灌溉與排水流向同向。田間渠道由10 條斗渠、60 條農(nóng)渠組合而成。

2 渠系施工的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 灌溉渠道

灌排溝渠的施工過程應(yīng)當(dāng)根據(jù)地區(qū)地質(zhì)、地形和水文條件,力求布局簡單、合理,盡可能減少施工量,實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化,要做到灌、排水渠的統(tǒng)一規(guī)劃、布局,便于施工管理作業(yè)[8]。

在進行土埂的填筑作業(yè)時,采用分層壓實法進行土埂填筑,根據(jù)渠道坡降放樣,采用開溝機開挖土溝,充分考慮預(yù)制渠道構(gòu)建參數(shù),避免存在位置不合理情況,保證渠道底部土體處于夯實狀態(tài),確保灌溉排水渠道性能良好。土方開挖工作完成后,放置預(yù)制構(gòu)件,保證渠底坡度符合設(shè)計要求,再放置U型水泥預(yù)制構(gòu)件。預(yù)制構(gòu)件放好后用木槌夯實預(yù)制構(gòu)件外側(cè)兩邊回填土,采用300號砂漿勾縫渠溝內(nèi)預(yù)制件連接處,固結(jié)10d后,進行渠道灌水,用細沙填滿空隙固結(jié)20d后進行第二次夯實。

2.2 兩用溝渠施工

排水溝選用 U7500×800×35型預(yù)制槽,自流排水形式。施工過程與灌區(qū)相似,主要控制渠首底高程在田間以下70cm,渠底縱坡范圍1/3000～1/5000,為防止地下水位過高產(chǎn)生漬害,除利用排水溝排水外,還應(yīng)利用漬口埋設(shè)使地下水位得以降低。農(nóng)田排水澆灌工作應(yīng)用的渠道參數(shù)為U820×950×35,控制渠首底高程在田面以下 65cm,并埋設(shè)漬口。

3 渠道防滲能力施工技術(shù)

護坡作為渠道堤防的一部分,控制著周邊地下水位,防止渠道淤積、侵蝕和塌陷[9]。灌排兩用型渠道具有水流動速度快的特征,渠堤極容易造成嚴重損毀。灌排溝渠上影響渠道輸水安全的工段,包括村莊段、迎流頂沖段、堤基分布細沙段均需進行坡面襯砌處理。

3.1 襯砌結(jié)構(gòu)方案比選

根據(jù)渠道坡面的防沖、防滲要求、襯砌材料不同,確定以下3種比選方案:①模料與預(yù)制混凝土空心磚的結(jié)合應(yīng)用;②現(xiàn)澆混凝土護面;③預(yù)制塊護砌。不同襯砌方案性能比較如表1所示。

比較3種方案的性能特征,采用方案一具有生態(tài)環(huán)保性好,維修養(yǎng)護方便的優(yōu)點,但在耐久性和防滲性能和水利條件方面較為一般,且工程的一次性投入高;方案二具有優(yōu)異的耐久性、防滲性以及水利條件,且工程一次性投入低,工程壽命長,但是整體工程的施工維護難度最大,需要較高的技術(shù)含量;方案三的優(yōu)點是耐久性和工程壽命優(yōu)異,維修保養(yǎng)、防沖性和防滲性、水利條件良好,但對生態(tài)環(huán)境的破壞性影響較大。

工程項目需要考慮到汛期即灌溉期渠道內(nèi)岸坡的耐久性和安全性,對襯砌材料的抗沖性和耐久性要求高,為保證灌區(qū)自留灌溉面積需求,要求嚴格控制水頭壓降,并盡量減低灌排溝渠對生態(tài)環(huán)境的破壞。因此,綜合考慮,第三方案內(nèi)容相對優(yōu)秀,決定使用其完成護坡工程。

開展護坡砌磚預(yù)制工作時,需要滿足《堤防設(shè)計規(guī)則》的標準,確定預(yù)制塊混凝土的厚度為0.096m,根據(jù)工程實踐經(jīng)驗和施工技術(shù)能力,在符合規(guī)范要求下盡量降低安裝難度,由于干渠位置中時常與水發(fā)生接觸,因此選用厚0.12m、C20類型的預(yù)制連鎖砌塊材料;時常遇水區(qū)域、規(guī)劃開展灌溉區(qū)域的區(qū)域、洪水區(qū)域采用厚0.1的工字型連鎖砌塊材料,以此完成生態(tài)護坡的建設(shè)。

為避免水流掏空坡腳,保障河岸穩(wěn)定,要求確定設(shè)計洪水位下不同部位沖刷深度[10]。根據(jù)《堤防設(shè)計規(guī)則》計算護岸工程沖刷深度。設(shè)計洪水為20a一遇,其中平順岸坡段選擇兩個典型斷面,迎流頂沖部位選擇三個典型斷面,計算各渠道沖刷深度hs如表2所示。

表2 沖刷深度成果表

綜上所述,本次工程迎流頂沖段坡腳沖刷深度范圍在0.352～0.382m間,存在明顯的沖刷現(xiàn)象,因此設(shè)置埋深0.5m的鎮(zhèn)腳來防止沖刷。

3.2 灌排溝渠生態(tài)化設(shè)計施工

灌區(qū)灌排溝渠通過串聯(lián)河流、農(nóng)田、山塘等,創(chuàng)建出水體內(nèi)部的優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境,充分吸取部分水內(nèi)存在的有害物質(zhì),凈化水體,相應(yīng)生物具有較好的生存、發(fā)育空間。農(nóng)田灌溉排水溝渠具備涉及流域廣泛的特征,由于該方面因素影響,使內(nèi)部生物網(wǎng)絡(luò)具備多元化特點,一方面,引水灌溉溝渠與周邊地下水連接,優(yōu)化了動植物成長的生態(tài)環(huán)境,外部環(huán)境也得以改善,另一方面,灌排溝渠區(qū)域多樣性的生物種類,能夠完成生活、生產(chǎn)污染的有效降解、緩沖[11]。根據(jù)灌排溝渠農(nóng)田、山塘、水庫的相互關(guān)系和作用,結(jié)合灌區(qū)實際,建立灌區(qū)灌排溝渠生態(tài)化技術(shù)。

3.2.1 植物生長防滲磚塊堆砌

面對地質(zhì)條件相對較差的區(qū)域時,農(nóng)田灌排溝渠施工中需確保水體資源的高效利用,因此應(yīng)重視“防滲”工作展開力度,以往使用的混凝土材質(zhì)的砌磚渠道主要采用“三面光”的設(shè)計方式,雖然滿足了防滲要求,但難以創(chuàng)造適宜生物的生長環(huán)境,使得渠道內(nèi)生態(tài)完整性遭到破壞,渠道缺乏自凈能力。采用植生型防滲砌塊襯砌渠道方案。通過在下部布置方形混凝土防滲板,板鋪設(shè)“#”形無砂混凝土隔板,形成植物種植區(qū),并前后分別設(shè)置凸塊和凹槽,有效保障渠道正常輸水。當(dāng)砌塊內(nèi)種植植物,一方面生物吸收水體中富含的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),凈化水質(zhì),同時水生植物在生長發(fā)育環(huán)節(jié)內(nèi)還會在磚體表面制造生物膜,依據(jù)其合理使用,可在吸附、異化作用影響下完成水體的凈化工作。

3.2.2 混凝土材料堆砌渠道生態(tài)帶設(shè)計

進行混凝土防滲襯砌時,需要對混凝土襯砌進行生態(tài)處理。例如:一定距離內(nèi)完成橫向植草生態(tài)帶安置工作,使其與渠道堤上方緊密連接,確保內(nèi)外形成生態(tài)通道;還可在水面線連接良好的情況下,適當(dāng)拓寬渠道斷面,通過人工設(shè)置魚巢,在渠內(nèi)坡一定高度種植人工植草,進行生態(tài)帶設(shè)計。

3.2.3 生物磚排水溝生態(tài)設(shè)計

生物磚砌筑排水溝技術(shù)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、施工便捷,造價低廉的特點,又有利于生態(tài)系統(tǒng)復(fù)原。展開渠道防滲區(qū)域堆砌、土工布(膜)防滲處理結(jié)合工作時,需在底部、壁部使用M7.5類型水泥砂漿材料完成生態(tài)磚砌筑任務(wù),接著在底提前留出的種植孔洞栽種水芹、壁部種植孔種植黑麥草,使其吸收、降解氮、磷營養(yǎng)物,降低水體富營養(yǎng)化程度,凈化水質(zhì)。

4 結(jié) 論

灌排渠道系統(tǒng)是建設(shè)高標準農(nóng)田項目中重點內(nèi)容,科學(xué)合理規(guī)劃灌排渠系施工布置工作,在提升整體經(jīng)濟性、強化生態(tài)環(huán)境保護力度上具備至關(guān)重要的作用。結(jié)合某一高標準農(nóng)田項目建設(shè)工程,獲得的研究結(jié)果有:

1)針對灌排溝渠施工填筑土埂、放 U 型槽、回填勾縫等施工關(guān)鍵技術(shù)進行分析,綜合經(jīng)濟性、環(huán)保生態(tài)、施工難度等角度進行渠道防滲方案比較,選擇預(yù)制塊護砌為最優(yōu)方案。

2)從生態(tài)環(huán)境保護角度進行灌排溝渠的設(shè)計,通過采用植生型防滲砌塊襯砌、設(shè)計混凝土襯砌渠道生態(tài)帶、和生物磚排水溝,建立灌排渠道生態(tài)化系統(tǒng)。然而目前灌排溝渠主要集中在農(nóng)村地區(qū),面廣量大,施工難度大,因而給農(nóng)村灌排溝渠施工帶來困難,后續(xù)應(yīng)重點從施工技術(shù)簡便化,減低施工成本方面來進行技術(shù)優(yōu)化。