某縣東山溝牧民定居點渠道工程設計方案探討

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量。

【關鍵詞】渠道改造；梯形預制板混凝土襯砌方案；應用與分析

1、工程概況

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

2、工程設計

2.1 工程總體布置。本工程建設主要內容是對東灣鎮東山溝牧民定居點引水渠道進行防滲改造，使其達到防滲節水，提高灌區用水保證率，同時滿足防淤、防沖和安全輸水的要求，改善灌區生態環境的目的。根據灌溉實際需要，本次設計改造支渠6.6km，其中上游段0+000-4+400設計引水流量為1.5m3/s，中游段4+400-5+600設計引水流量為1.15m3/s，下游段5+600-6+600設計引水流量為0.8m3/s。控制東山溝牧民定居點灌溉面積2.75萬畝。依據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99），東山溝支渠工程等別為Ⅴ等，屬小（2）型工程，渠道、節制閘、農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 水源設計方案。灌區的水源工程是寧家河河水，灌區干支渠系已配套，支渠采用續灌方式，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，設計水平年加大流量為1.8m3/s，設計引水流量定為1.5m3/s。

2.2.3 渠道斷面形式的確定。渠道斷面設計均為梯形，底寬0.5m，渠道內邊坡系數為1：1.5，外邊坡系數為1：1.5。

根據《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004，綜合選定混凝土糙率為0.017。

根據《水工混凝土結構設計規范》（DL/T 5057-1996）要求，確定混凝土標號采用C20。該地區最冷月平均氣溫為-16.6℃，處于寒冷區，確定混凝土抗凍等級為F200。根據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，依據已知的設計流量，渠底縱坡、邊坡系數、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；根據實際所用襯砌材料尺寸最終確定渠道斷面，渠道超高按規范取值。

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

2.2.5 渠道岸頂超高計算。根據《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004，Ⅴ級渠道岸頂超高由下式計算確定：

2.2.6 抗凍脹設計。根據《渠系工程抗凍脹設計規范》（SL23-2006）的規定，項目工程所在地最冷月平均氣溫-16.6℃<-10℃，屬于嚴寒氣候，標準凍深為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。因此需要對襯砌結構進行抗凍脹設計。

（1）設計凍深確定。抗凍脹置換層厚度按《渠系工程抗凍脹設計規范》（SL23-2006）中公式（3.1.3）規定計算設計凍深Zd為1.01m，渠道陽坡設計凍深為0.83m，渠道陰坡設計凍深為1.01m。根據抗冰凍設計規范附錄B按下式計算：Zd=φfψdψωZk

（2）基礎設計凍深。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計規范附錄C的圖C2確定土的地表凍脹量Δh為25mm。根據規范對土的凍脹性的劃分，屬于Ⅰ級凍脹。

根據就地取材、技術可行、經濟合理的原則，當地有豐富的砂礫石料，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）實際工程經驗：通過對灌區各渠道破壞情況的調查與分析，墊層設20cm-40cm不會發生破壞。

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

3、渠道工程設計方案的分析

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。另一方面本灌區經過多年的運行，渠床已處于穩定狀態，渠道兩側灌區、下級渠道及渠道兩岸的路林都已基本固定成型，如較大幅度調整縱坡，將引起逐級渠道及兩側灌區的變動。因此選老渠線方案，為做到保持原有灌溉系統的完整性，滿足灌區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 渠道襯砌選用預制板襯砌防滲方式，防滲效果較好。渠道襯砌設計方案考慮了二種方案，即現澆砼板防滲和預制板襯砌防滲。若采用現澆混凝土板襯砌防滲，整體性好，利于防沖，護凍脹性能好，工期長，造價高，需施工導流。若采用預制板襯砌防滲，施工較快。綜合造價較低，不需施工導流，投資較低，防滲效果較好。因此綜合渠道工程地質條件分析和投資方面分析， 本次渠道襯砌采用預制板襯砌防滲斷面設計方案。