某干渠防滲改建工程渠道橫斷面設計分析

王旭東　劉運波

【摘要】渠道規劃設計應考慮渠道沿線的地層巖性、地下水埋深、建筑材料分布等因素，力求在保證工程建設質量基礎上，降低工程投資費用。文章以某干渠防滲改造工程為例，結合渠線地質條件分析了影響渠道斷面設計的主要影響因素，并比選分析確定了最經濟實用的渠道斷面。

【關鍵詞】防滲渠道；橫斷面設計；影響因素；方案比選

0、工程概況

某干渠所在區域耕地面積有17.4萬畝，防滲斗渠9條，總長度為10.233km。近年來，隨著水資源的日益緊張，設計對地區水利設施進行續建配套與節水改造。

工程區平均海拔在1028～1064m，地面坡降1/2500～1/4000，地勢由西北向東南傾斜，地形較為平坦，地貌單一。渠道沿線地層巖性主要為粘土、砂壤土、壤土和粉細砂。地層巖性的地基持力層及主要受力層多為粉土，土黃色，稍濕～很濕，結構呈稍密～中密狀態，表層含有大量根系，并夾少量薄層粉砂透鏡體；該層土以粉粒為主，干強度與韌性屬于低～中等，層底埋深大于10m，弱透水性。地下潛水～承壓水混合水水位埋深一般為11～25m，標準凍深為1.50m。

2、渠道橫斷面設計

根據灌區農田用水需求，干渠斷面形式采用梯形，設計流量在0.22～0.35m3/s，防滲渠道級別為5級，屬于小（1）型工程。梯形渠道設計考慮因素主要為襯砌材料、邊坡系數、抗凍脹材料、糙率等。

2.1 渠道邊坡系數

梯形渠道實用經濟斷面計算中最為重要的參數為渠道邊坡系數。但需注意的是，邊坡系數與其它水力參數存在一定的矛盾關系，增加邊坡系數對于渠道施工有利，而邊坡系數的增加會加大渠道過水斷面面積，并降低渠道水流流速，這會增加渠道水面蒸發量和渠道費用。考慮渠道沿線地層巖性主要為粘土、砂壤土、壤土和粉細砂組成，地層巖性良好；在對各種土質進行了詳細的室內及現場的物理力學試驗，結合相關規定及區域已建工程設計經驗，確定渠道邊坡系數為1.5

2.2 抗凍脹材料

根據對項目區地質調查，擬改建渠道沿線土壤屬凍脹性土，必須考慮凍害影響因素。工程設計中對全線渠道剛性襯砌層下面設抗凍層。針對項目區特點，細砂抗凍體對砂樣要求嚴格，壓實質量較難控制，并且細砂抗凍體的運距較遠。中密度苯板具有施工速度快、易于安裝的優點。考慮當地抗凍脹材料分布情況和運輸距離，渠道抗凍脹材料選擇中密度苯板。

3、渠道橫斷面的確定

3.1 橫斷面設計方案

（1）方案Ⅰ：砼板護砌防沖、塑膜防滲、中密度苯板抗凍脹橫斷面結構，其結構為：①邊坡：自外向里依次為C20預制六棱板cm、M5砂漿找平層cm、mm聚乙烯塑模和cm苯板抗凍體。②渠底：自上而下依次為現澆砼板cm、mm聚乙烯塑模和cm苯板抗凍體，渠道頂部采用寬×厚=25×6cm的砼封頂板，渠堤堤頂寬度為m。渠道預制邊板伸縮縫橫向每9.5米伸縮縫一道，6cm的聚氨酯砂漿閉縫。渠道采用六棱塊預制襯砌，抗凍抗滲分別為和W6；每塊六棱塊長度為48cm，塊件分封cm，并采用細粒砼砌縫。封頂板采用C15現澆砼板，每間隔m分縫一道，縫寬為mm，并用改性油氈填縫。填方段壓實度≥0.98，干密度1.6t/m，相對密度≥0.75。

（2）方案Ⅱ：砼板護砌防沖、塑膜防滲、細砂抗凍體抗凍脹橫斷面結構

其結構：①邊坡：自外向里依次為砼預制六棱板cm、cm砂漿找平層、mm聚乙烯塑膜和細砂抗凍體35～50cm；預制板結構縫采用細礫砼勾縫，勾縫寬度為cm，9.5m設一道伸縮縫，伸縮縫采用cm厚閉孔塑料板；b、渠底：自上而下依次為C20砼現澆板cm、mm聚乙烯塑膜、細砂抗凍體50cm。現澆砼板2.0m設一道結構縫，結構縫采用2cm厚閉孔塑料板。工程抗凍脹材料選用砂礫石抗凍體，渠道邊坡和底面的抗凍厚度分別為35～50cm、50cm。

3.2 比選分析

對兩種型式橫斷面進行比選分析，其結果下表。

兩種橫斷面型式從投資、施工、運行安全及建筑材料等方面進行比較，方案渠道橫斷面型式具有投資少、施工方便等特點，其單公里工程造價可比方案節省4.39萬元，而本工程干渠線路較長，綜合總工程投資費用節省是非常客觀的；同時，方案能夠充分利用建筑材料加快施工進度。綜合分析確定將方案橫斷面型式作為本工程推薦方案。

4、結語

工程投入運行之后，對渠道變形情況進行監測，監測時期為冬季，并將其與原渠道同一時期的渠道變形量進行分析，渠道填縫兩側的變形量有明顯區別。原渠道陰坡、陽坡和渠底的最大變形量分別為71mm、25mm和51mm，而新設計渠道在對應區域的變形量為、mm和mm，平均下降幅度達到90%。考慮到區域渠道的安全變形量為10mm，變形量均在安全允許范圍內，這亦說明渠道設計方案較為合理。除此之外，渠道在運行階段防滲效果良好。綜合工程施工進度與建設投入費用，本次方案設計較為合理。

參考文獻：

[1]武永猛，童陽春，吳盛斌，等. 鹽湖鹵水開采中輸鹵渠道實用經濟斷面的確定[J]. 化工礦物與加工，2016，04：65-68.

[2]余長洪，周明耀，姜健俊，等. 灌區節水改造中防滲渠道斷面的優化設計[J]. 農業工程學報，2004，01：91-94.

[3]王俊發，楊海，馬瀏軒，等. 塑膜防滲梯形襯砌渠道最佳經濟斷面的優化設計方法[J]. 佳木斯大學學報（自然科學版），2005，02：278-280.

[4]羅剛. 某干渠防滲改建工程渠道橫斷面的確定[J]. 內蒙古水利，2015，05：139-140.