新疆某干渠改造工程渠道設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

李德祥

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

新疆某干渠改造工程渠道設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

李德祥

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

摘要：灌區(qū)渠道隨著使用年代的久遠(yuǎn)，目前許多灌區(qū)的干渠渠道出現(xiàn)毀壞，滲漏問題，既不能滿足使用要求又浪費(fèi)了大量水資源，亟待改造。本文以新疆某干渠改造工程為實(shí)例，介紹了干渠設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，包括基礎(chǔ)鋪設(shè)、防滲漏及凍脹問題等，以期對(duì)類似工程有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：干渠改造；渠道設(shè)計(jì)；施工技術(shù)

灌區(qū)的建設(shè)可有效優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，有利于提高農(nóng)民的就業(yè)率和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，對(duì)保護(hù)環(huán)境和防止水土流失也具有積極意義。目前，新疆部分灌區(qū)的渠道改造計(jì)劃正在積極推進(jìn)，擴(kuò)大渠線覆蓋面積，增大其通流能力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及防滲已成為主要工作。

1工程概況

該干渠始建于80年代，全長(zhǎng)7.7 km，采用干砌卵石灌漿防滲技術(shù)，渠道建筑物有6座，設(shè)計(jì)流量為1.5 m3/s。但干渠經(jīng)多年運(yùn)行，加上缺乏維修資金，灌漿卵石大部分已經(jīng)脫落，渠道基本變成土渠，水量滲漏嚴(yán)重，渠系水利用系數(shù)極低，無法滿足當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)需水要求和輸水作用。經(jīng)過相關(guān)部門研究，決定對(duì)該干渠實(shí)行全面改造，以保證其各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2干渠存在的主要問題

(1)渠道結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，斷面基本變形，支渠引水量達(dá)不到設(shè)計(jì)流量，目前實(shí)際引水量?jī)H為1.1 m3/s。設(shè)計(jì)其承擔(dān)的灌溉面積為0.15萬hm2，實(shí)際灌溉面積僅為0.07萬hm2，嚴(yán)重制約了農(nóng)牧業(yè)發(fā)展。

(2)渠道管理工作粗放，缺乏管理資金，渠道干砌石脫落嚴(yán)重，渠內(nèi)雜草灌木叢生，渠道滲漏嚴(yán)重，增加了農(nóng)民的用水成本，違背了節(jié)約用水原則。

(3)干渠附屬建筑物配套不全，渠系建筑物和分水閘老化損壞嚴(yán)重，現(xiàn)有分水口布局不合理、不配套，影響了渠道正常分水，灌溉用水時(shí)，群眾亂開口子，用水無法有效控制，致使本來可以受益的大片耕地得不到灌溉。

3渠道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

3.1渠道設(shè)計(jì)

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，設(shè)計(jì)渠線整體沿原始渠線布置，計(jì)劃改造總長(zhǎng)度為7.4 km。渠道設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有渠道流量、橫斷面、伸縮縫、襯砌和防凍脹設(shè)計(jì)等。下面對(duì)各部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1.1渠道流量設(shè)計(jì)

渠道流量應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用要求確定，若流量設(shè)計(jì)過大，會(huì)增加工程的建設(shè)成本，而且降低渠道利用率；若流量設(shè)計(jì)過小，不滿足實(shí)際使用，使改造工程的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益難以體現(xiàn)。本工程的渠道流量值Q由灌溉面積和灌水率確定，見式(1)。計(jì)算得出Q為1.25 m3/s，最終設(shè)計(jì)值確定為1.5 m3/s[1]。

(1)

式中：Q為渠道設(shè)計(jì)流量，m3/s;q為灌水率，m3/s；A為灌溉面積，0.667×104hm2;η為水利用系數(shù)。

3.1.2渠道斷面設(shè)計(jì)

渠道橫斷面設(shè)計(jì)包括邊坡系數(shù)、渠道寬深比等重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，這些都直接影響渠道的建設(shè)成本。斷面設(shè)計(jì)的原則是“少開挖、少占地、少投資”[2]。首先根據(jù)明渠均勻流公式計(jì)算渠道過水?dāng)嗝婷娣eA，見式(2)。計(jì)算得出A為2.3 m2，設(shè)計(jì)取值為2.5 m2。

(2)

式中：A為渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2；n為渠道糙率；R為水力半徑；i為渠道比降。

(1)邊坡系數(shù)設(shè)計(jì)

邊坡系數(shù)對(duì)其穩(wěn)定性和渠道淤泥量有直接影響，因此在滿足實(shí)際使用的前提下盡可能使邊坡平緩，一般渠道邊坡的常用值為1.5、1.75、2.0。本工程渠道沿線很大一部分為耕地，若邊坡系數(shù)過大會(huì)增加占地面積，且增加建筑材料成本，因此本工程確定邊坡系數(shù)為1.5。

(2)斷面形式的設(shè)計(jì)

目前，渠道的斷面形式包括弧形底+梯形邊坡、梯形、“U”型等。由于梯形斷面施工簡(jiǎn)單、質(zhì)量容易控制，且整體造價(jià)便宜，因此本工程設(shè)計(jì)選擇梯形斷面形式，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　新疆某干渠斷面結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.3渠道襯砌設(shè)計(jì)

渠道襯砌設(shè)計(jì)是渠道結(jié)構(gòu)的主要組成部分，對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、防滲性等都有直接影響。目前常用的渠道襯砌形式有預(yù)制混凝土板襯砌、現(xiàn)澆筑混凝土層襯砌和漿砌石襯砌。這三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比詳見表1[3]。經(jīng)過比選，本工程決定采用現(xiàn)澆筑混凝土層襯砌形式。水泥型號(hào)為C20/W6/F200，設(shè)計(jì)渠底和邊坡的襯砌厚度為10 cm，每隔3 m設(shè)置一道伸縮縫。

表1　渠道襯砌方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.1.4渠道防凍脹設(shè)計(jì)

新疆地區(qū)晝夜溫差很大，渠道的防凍脹措施是必須要考慮的因素。本工程主要采取以下措施防止渠道凍脹破壞：①對(duì)渠道地基土進(jìn)行處理。一般采用換填法處理風(fēng)積沙和雜土地基，換填30 cm厚的砂礫石，在重要地段在混凝土結(jié)構(gòu)中加入鋼筋。②鋪設(shè)隔熱保溫材料。在襯砌施工前先鋪設(shè)一層厚度為5 cm左右的苯板，既有保溫性又有伸縮性[4]。

3.2渠道施工

在渠道施工時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行斷水，本項(xiàng)目計(jì)劃在4月至5月中旬完成施工。

(1)土方開挖和回填

本工程干渠規(guī)模較大，全部采用機(jī)械化施工。開挖時(shí)由中心向兩側(cè)擴(kuò)展，人工修理邊坡。按照設(shè)計(jì)對(duì)土方進(jìn)行安置，便于以后充填渠道兩側(cè)使用[5]。在充填及碾壓時(shí)，均采用分層施工形式，每層厚度控制在20～25 cm，保證土料的含水率符合要求，防止粘結(jié)碾壓機(jī)械。

(2)混凝土澆筑施工

在澆筑前應(yīng)適當(dāng)對(duì)渠道基面進(jìn)行灑水。設(shè)置模板時(shí)采用分塊立模，即邊坡模板每隔3.0 m設(shè)置一個(gè)橫板；底部每隔5 m設(shè)置橫板。鋼筋采用搭接形式鋪設(shè)，交叉點(diǎn)采用20號(hào)鉛絲捆綁。混凝土拌合不少于2 min，現(xiàn)做現(xiàn)用，拌合站和施工點(diǎn)的最宜距離為100～300 m。施工時(shí)先澆筑渠底，利用其支撐作用再澆筑邊坡。澆筑完成后采用原漿收面，要求表面光滑平整，不得有骨料外露。

(3)拆模和養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆筑完成2～3 d后可進(jìn)行拆模，橫板拆除后要對(duì)伸縮縫進(jìn)行處理。本工程在縫中灌入聚乙烯油膏，之后采用M10號(hào)砂漿進(jìn)行填平[6]，10 d后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)，主要是灑水濕潤(rùn)，覆蓋濕草簾等，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少要兩周。

4結(jié)論

干渠改造對(duì)于提高灌區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量及農(nóng)牧民收入有著重大意義。本文介紹了新疆某干渠改造的設(shè)計(jì)及施工情況，該項(xiàng)目建成后各項(xiàng)指標(biāo)均滿足使用要求，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益突出。而且邀請(qǐng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民建立了“家庭責(zé)任制”的管理模式，分段管理干渠，增加干渠的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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[3]藺紅軍，馬向紅.弧底梯形渠道斷面的優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工技術(shù)[J].陜西水利，2014(3)：66-69.

[4]楊立東.節(jié)水改造工程中質(zhì)量控制技術(shù)要點(diǎn)設(shè)計(jì)分析研究——以頭屯河灌區(qū)西干渠為例[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012(6)：30-34.

[5]蔣娟.寧夏灌排渠道的問題及更新改造計(jì)劃[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.

[6]羅輝，曲卓杰，張晶.大型渠道設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)研究綜述[J].南水北調(diào)與水利科技，2009(6)：25-28.

作者簡(jiǎn)介：李德祥(1982-)，男，工程師，主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。

中圖分類號(hào)：S277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)06-0092-03