淺談透水襯砌在永豐干渠工程建設中的應用

陳海牛

(甘肅省張掖市甘州區烏江水管所，甘肅張掖 734000)

1 工程概況

烏江灌區位于甘州區城北，灌區轄烏江、三閘、靖安、平山湖四個鄉(鎮)的30個行政村、266個合作社。灌區共有干渠12條94.3km、支渠41條126.8km、斗渠116條241.4km。近年來，通過黑河流域綜合治理項目及大型灌區續建配套項目建設，對灌區內的大部分渠道進行了改建襯砌，共襯砌干支渠33條89.927km，完成田間工程斗農渠襯砌148.7km、配套面積2760hm2，完成高效節水管灌、滴灌項目1666.67hm2，新打機井73眼，維修改造舊井53眼，完成國家各項投資約6102.4萬元。灌區內已襯砌的渠道多在地質條件較好、地下水位相對不高、渠系布置較為正規的地段，而烏江灌區還有大量的干支渠及獨立引水斗渠，分布在地下水位高的泉水地區，襯砌難度較大。近年群眾節水意識不斷提高，加之灌區對管理現狀急需改觀的需要，已逐步將部分高水位地段的渠道列入襯砌范圍。

永豐干渠處烏江鎮西端，引西大湖濕地內泉水而成。渠道全長17.34km，其中正規渠道10.58km，其余6.76km為引泉水的不規則渠道。渠道上段左側緊靠耕地，右側緊臨黑河，地下水位較高，而6.76km引泉水的不規則渠道則更是常年有水溢出。永豐干渠承擔烏江鎮永豐、小灣2個村，17個合作社的農田灌溉任務，灌溉面積470.067hm2。工程在黑節一期項目中襯砌現澆混凝土渠道4.58km，在本次建設中襯砌渠道1.5km。

2 透水襯砌設計

2.1 襯砌解決的問題

永豐干渠本期計劃改建1.5km，由于地質條件復雜，工程現場存在很多的問題:?地下水位較高，基礎開挖后，在現有渠底以下0.5m處即可見到地下水滲出，如按現澆混凝土渠道設計，底部防凍置換層最多0.5m，達不到防凍漲要求，若墊層內長期有水，則影響渠道的穩定性;?渠道左岸全為耕地，且地勢較高，與渠頂高差在3～5m，在灌溉期間，耕地內就會有水滲出，如按現澆混凝土渠道設計，在灌溉期間的回歸水從渠道背后滲入，不僅影響渠道運行壽命，嚴重的還會沖垮渠岸，造成不必要的損失;?本段內基礎土質為滲透性很強的砂壤土，渠道左岸為緊靠黑河的高坡，在以前的運行中，常出現渠道滲水穿透渠岸、拉跨渠岸的事故，如不加以襯砌護岸，無法保證渠道正常運行。為解決上述問題，采用C15預制混凝土網格和干砌塊石相結合的透水襯砌，對渠道進行襯砌。

C15預制混凝土網格和干砌塊石相結合透水襯砌的特點是:抗凍漲能力強、外形美觀、施工方便、工程壽命長、便于維修，可以促進開源與節流并舉，提高水的利用效率，使有限的水資源得以完全發揮效益。在永豐干渠本段工程內使用此方法不僅可以達到渠岸襯砌防護的效果，還可以充分利用渠道左岸耕地回歸水，使其發揮效益，并能提高本渠道內水的利用率。

2.2 透水襯砌工程設計

2.2.1 渠道流量設計

渠道設計流量的確定，按續灌進行設計。以規劃水平年(2015年)設計的凈灌水率、灌溉水利用系數和渠道控制灌溉面積計算的設計流量作為本次改建渠道的設計流量。

渠道設計流量按下列公式計算:

Qs=qs·As/ηs

式中 Qs——續灌渠道的設計流量，m3/s;

qs——設計灌水率，取0.48m3/(s·萬畝);

As——該渠道控制灌溉面積，萬畝;

ηs——該續灌渠道至田間的灌溉水利用系數，取0.500。

按以上公式可求得渠道設計流量為0.68m3/s。

2.2.2 縱斷面設計

渠道縱坡在現狀基礎上適當進行調整，為保證渠道安全運行，必需同時滿足以下兩點要求:?為防止冬灌停水后渠內積水凍脹，均按正坡連接設計;?最大縱坡按現澆混凝土襯砌渠道最大不沖流速小于5m/s控制。經計算并結合干渠實地情況，本段渠道設計縱坡為1/3000。

2.2.3 斷面形式及尺寸

結合計算出的渠道設計流量，本段渠道透水襯砌、斷面采用梯弧形，底弧半徑0.7m，渠深1.51m，邊坡系數 1∶1.25。

渠道超高確定:根據《灌溉與排水工程設計規范》規定，襯砌渠道超高值可采用0.3～0.8m。因本段工程采用透水襯砌，根據渠道加大水深、流量、流速等確定，渠道超高值取0.41m。詳見表1。

表1 永豐干渠4+200～4+800水力要素

襯砌時，渠底采用干砌卵石襯砌，為確保渠道穩定，每10m放置一塊預制混凝土底墩。渠坡先用邊長為1.2m，厚0.12m的等邊三角形柵格襯砌，柵格內用卵石干砌，這樣既保證了渠坡的穩定性，又提升了渠道的外觀形象。渠道襯砌厚度，渠底干砌石厚25cm，渠坡干砌石厚25cm，預制混凝土柵格厚15cm。詳見下頁圖1～圖3。

圖1 4+200～4+800橫斷面示意圖

圖2 混凝土柵格大樣圖

圖3 4+200～4+800渠坡襯砌示意圖

2.2.4 防凍漲設計

因渠道為干砌石透水襯砌，干砌石本身有很大的空隙，防凍漲設計只在底部和邊坡設計30cm厚的礫石墊層。

3 透水襯砌與現澆混凝土渠道工程造價比較

在相同過水條件下，按500m的工程量對工程造價進行比較，如表2所示。

根據表2計算結果，每500m現澆混凝土渠道需資金20.41萬元，每500m透水襯砌渠道需資金19.54萬元，以此計算每公里渠道可節約投資1.74萬元。

表2 透水襯砌與現澆混凝土襯砌工程造價對比

4 運行情況

已襯砌的透水渠道，通過一段時間的運行，渠道穩定，過水能力達到設計要求。特別是在引入泉水通過幾輪水運行后，干砌石內逐漸有水草生出，渠道美觀，渠岸穩定，使渠道左岸的回歸水可通過干砌石縫隙滲入渠道，既可防止水量流失，又可保證渠道的安全運行。整個渠道工程運行良好。

5 結語

通過永豐干渠本段工程透水襯砌方案的確定、比較，透水襯砌可有效解決永豐干渠本段工程中存在的地下水位高、回歸水無法排出等問題，且工程造價與現澆混凝土渠道相比較低，渠道襯砌簡單，工程施工難度小，發生凍漲后便于維修，工程形象美觀，工程效果良好。

烏江灌區引用的水源是井、泉、河混合，有相當一部分渠道地處高水位地區，渠道襯砌過程中地下水無法排除，工程建成后凍漲嚴重、使用壽命低的問題一直不能得到很好的解決。以永豐干渠透水襯砌為例，如能在高水位地區根據實際情況加以推廣，將有效降低烏江灌區內渠道建設難度，本施工方案有很強的應用價值?！?/p>

［1］ 張秀錦．試論混凝土防滲渠道的設計［J］．科技資訊，2010(08)．

［2］ 興鋒．透水襯砌在高地下水位渠道改建中的應用［J］．水利與建筑工程學報，2003(08)．