土地整治項目灌溉渠道襯砌方案經濟比選研究

岳小松 (江西省煤田地質局測繪大隊，江西南昌 330001)

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土地整治項目灌溉渠道襯砌方案經濟比選研究

岳小松 (江西省煤田地質局測繪大隊，江西南昌 330001)

灌溉渠道是農田重要的基礎設施，而渠床滲漏是渠系水量損失的主要途徑，渠道襯砌可減少渠床滲漏損失，提高灌溉效益。不同的襯砌方案效益各不相同，通過對相同流量、不同斷面和不同襯砌方式的渠道進行單價分析，考察較適宜的襯砌方案。結果表明，3種斷面中梯形斷面渠道單價最低；矩形斷面渠道單價次之，U型斷面渠道單價最高。5種襯砌方式中，梯形斷面邊坡預制渠道單價最低，預制U型槽單價最高。

梯形斷面；矩形斷面；U型斷面；現澆；預制；磚砌

在渠道輸水過程中，有水面蒸發、渠床滲漏和閘門漏水等水量損失，其中，渠床滲漏損失占渠系水量損失的絕大部分。為了減少滲漏損失，提高渠系水利用系數，采取渠道襯砌的工程措施。襯砌后的渠道不僅可以減少渠床滲漏損失，節省灌溉用水量，提高渠床的抗沖刷能力，防止渠道邊坡坍塌，增加渠床的穩定性，而且可以減少渠床糙率系數，加大渠道流速，提高渠道輸水能力；同時，渠道襯砌又可以防止渠道長草，減少泥沙淤積，節省工程維修費用，降低灌溉成本，提高灌溉效益。

近年來，隨著國家對土地整治工程重視程度加大，對工程建設標準的要求也不斷提高，明確要求大力推進高標準農田建設，加強農田基礎設施建設，并規定基礎設施使用年限不低于15年[1]。灌溉渠道是農田主要的基礎設施之一，渠道選用何種斷面形式、采用何種襯砌方式，與項目的資金投入息息相關。這不僅是設計單位，更是業主和施工單位關注的內容。因此，對灌溉渠道襯砌方案進行經濟技術方案比選的研究有重要意義。

1 渠道橫斷面設計

1.1 梯形和矩形斷面渠道設計梯形和矩形斷面的渠道根據設計流量，按照明渠均勻流公式[2]采用試算法進行計算。

1.2 U型渠道斷面設計U型斷面水力計算的主要任務是根據已知渠道設計流量Q、渠床糙率系數n和渠道比降i，求圓弧半徑r和水深h，以及確定斷面的上口寬B和襯砌渠槽高度H。

根據明渠均勻流公式，可得到圓弧半徑r，計算公式見下式[2]：

式中，Nα為直線段外傾角為α時的系數，α=0時的系數用N0表示;θ為圓心角。為了保持圓心以上的水深與α=0時相同，Nα與N0應遵守Nα=N0+sinα的關系。N0與圓弧半徑r、直線段的外傾角α的經驗關系見表1。

表1 U型渠道斷面尺寸經驗關系

渠道水深h、圓弧段高度h1及圓弧以上的水深h2：

h=r(Nα+1-sinα)

h1=r(1-sinα)

h2=h-h1

襯砌渠槽高度H:

H=h+a1

上口寬B:

B=2{rcosα+[H-r(1-sinα)]tgα}

式中,a1為渠道襯砌超高，其值同渠堤超高a以及加大流量的關系可參考表2。

表2 U型渠道襯砌超高和渠堤超高值

Table 2 Empirical relationship of U-shaped channel section size

加大流量Increaseflowm3/s渠道襯砌超高(a1)Superhighlining∥m渠堤超高(a)Superhighvalueofcanalbank∥m<0．50．10～<0．150．20～<0．300．5～<1．00．15～<0．200．30～<0．401．0～<10．00．20～<0．350．40～<0．6010．0～<30．00．35～<0．500．60～<0．80

校核渠道流速：襯砌渠道不沖流速不超過2.0 m/s，不淤流速一般不小于0.3 m/s。

2 渠道襯砌方案

渠道襯砌措施有土料防滲、砌石防滲、磚砌防滲、混凝土襯砌和瀝青材料防滲等。土地整治項目中渠道常用的防滲措施有混凝土襯砌和磚砌。常用的斷面形式有梯形、矩形和U型斷面，每種斷面常用的襯砌方案有所不同。由于不同的襯砌方案都有不同的優缺點，因此合理選取渠道的斷面和襯砌方式尤為重要，這就需要對不同斷面對應的不同襯砌方案進行經濟比較，造價最低的可以優先選取。

2.1 梯形斷面梯形斷面的渠道常用的襯砌方案有2種：一是渠道底板、邊坡和壓頂均采用混凝土現場澆筑(以下簡稱“現澆梯形渠道”)，二是渠道底板和壓頂采用混凝土現場澆筑，邊坡采用預制混凝土板襯砌(以下簡稱“邊坡預制梯形渠道”)。方案1優點：灌水方便，防滲效果好，不生雜草，減少淤積，便于養護管理，經久耐用，且施工和布設不受地形限制；缺點：占地面積較大，需要現場攪拌混凝土，支模板，養護，現場施工比較麻煩。方案2的優點：一方面便于施工，邊坡采用預制板襯砌，不需要支護模板，另一方面也便于后期維護管理；缺點是預制板預制受天氣影響，且不方便運輸。

2.2 矩形斷面矩形斷面的渠道常用的襯砌方案有2種：一是渠道底板、邊墻和壓頂均采用混凝土現場澆筑(以下簡稱“現澆矩形渠道”)，二是渠道底板和壓頂采用混凝土現場澆筑，邊墻采用標準磚襯砌(以下簡稱“邊墻磚砌矩形渠道”)。方案1的優缺點同現澆梯形渠道。方案2的優點：造價低廉、取材方便、施工技術簡單、糙率小、防滲效果較好，且布設不受地形限制，襯砌后外觀觀感好，便于維修；缺點是只能采用矩形斷面。

2.3 U型斷面U型斷面渠道一般采用預制混凝土襯砌。其優點：具有較大的輸水能力，占地面積小，施工便利，工期短，防滲效果好；缺點：單位造價較高，后期維修比較困難。

3 實例分析

以某地區某月份的造價信息為依據，采用智多星軟件計算不同方案的渠道單價，最終確定最優的襯砌方案。某土地整治項目有一條長約200 m的斗渠，已知設計流量0.21 m3/s，比降1/1 000，襯砌后渠床糙率取0.017。為了節約用地和方便施工，梯形渠道邊坡系數取0.5。采用明渠均勻流公式試算法確定梯形和矩形斷面渠道的尺寸，見表3。U型渠道根據經驗估計r=60～80 cm，查表1，選擇α=10°,N0=0.3，則Nα=0.47。經計算，U型渠道的圓弧半徑為0.38 m。由于預制廠家沒有相應規格的U型槽，因此選用半徑為0.40 m的預制U型槽，計算與選用斷面尺寸均見表4。由表3和表4可知，梯形斷面渠道流速0.67 m/s，矩形斷面渠道流速0.64 m/s，U形斷面渠道流速0.69 m/s，3種斷面流速均滿足不沖不淤的流速要求。

表3 矩形、梯形斷面渠道橫斷面尺寸

表4 U型渠道計算及選用斷面尺寸

按照《渠道防滲工程技術規范》(SL18—2004)的規定，現場澆筑混凝土適宜厚度6～12 cm，預制鋪砌混凝土適宜厚度4～10 cm。通過走訪群眾并深入施工現場了解，最終確定現澆混凝土邊坡、底板和壓頂均厚10.0 cm，預制混凝土板厚6.0 cm，標準磚襯砌厚12.0 cm，預制混凝土U型槽厚4.5 cm。所有渠道渠底均鋪設粗砂墊層，厚6.0 cm，現澆部分每隔5 m設置一寬2.0 cm的伸縮縫，縫內采用瀝青木板填充。另外，矩形斷面磚砌渠道在邊墻內側采用M7.5水泥砂漿抹面，厚2.0 cm。渠道混凝土強度等級C15，標準磚強度等級MU10。為了便于施工，開挖線從粗砂墊層邊界向兩邊加寬10.0 cm，開挖邊坡比1∶0.5。為了便于灌溉用水能順利地流入田間，堤頂高出田面0.5 m，為方便農戶田間通行，堤頂寬度取0.5 m[3]。渠道結構見圖1～5。假設同一斷面、同一襯砌方式的渠道不同樁號開挖量相同、回填量均相同，計算出各個斷面、不同襯砌方式的渠道每米工程量，見表5。

注：圖中數據單位均為mm。

注：圖中數據單位均為mm。

注：圖中數據單位均為mm。

以財綜[2011]128號文為依據，采用《江西省造價信息》2016年第4期分宜縣的材料價格，運用智多星軟件進行計算，從而得出不同斷面、不同襯砌方式的渠道單價，見表6。

注：圖中數據單位均為mm。

注：圖中數據單位均為mm。

表5 渠道每米工程量

表6 不同斷面渠道單價

由表6可知，3種斷面渠道單價由小到大排序依次為梯形斷面、矩形斷面、U型斷面，3種斷面不同襯砌方式的渠道單價由小到大排序依次為：邊坡預制梯形渠道、現澆梯形渠道、邊墻磚砌矩形渠道、現澆矩形渠道、預制U型槽。

4 結論

該研究采用明渠均勻流公式將同一流量的渠道設計成梯形斷面、矩形斷面和U型斷面3種形式，針對梯形斷面渠道常用的現澆和邊坡預制2種襯砌方式、矩形斷面渠道常用的現澆和邊墻磚砌2種襯砌方式以及U型渠道常用的預制襯砌方式進行經濟比選，最終得出：從渠道斷面形式進行比較，梯形斷面渠道單價最低，U型斷面單價最高，矩形斷面渠道介于兩者之間。梯形渠道中，邊坡預制渠道單價較低，矩形斷面渠道中，邊墻磚砌渠道單價較低。整體分析，邊坡預制梯形渠道單價最低，其次為現澆梯形渠道，邊墻磚砌矩形渠道比現澆梯形渠道單價稍高，再次為現澆矩形渠道，預制U型槽單價最高。因此，在實際應用中優先選用邊坡預制的梯形渠道，在項目對新增耕地要求高的情況下，可以選用邊墻磚砌矩形渠道，否則選用邊坡預制梯形渠道。

[1] 中華人民共和國國土資源部.高標準基本農田建設標準：TD/T1033—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2] 郭元裕.農田水利學[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[3] 江西省國土資源廳.江西省土地整理工程建設標準[M].南昌：江西科學技術出版社，2009.

Research on Economic Scheme Comparison of Irrigation Canal about Land Consolidation Project

YUE Xiao-song (Jiangxi Provincial Bureau of Coal Geology Surveying and Mapping Team, Nanchang, Jiangxi 330001)

Irrigation channel is an important infrastructure of farmland, leakage of canal bed is the main way of water loss, lining can reduce leakage loss and improve irrigation efficiency. By studying irrigation canal unit cost ahout the same discharge with different section and lining fashion, the results showed: in three sections, the trapezoidal cross section irrigation canal unit cost was lowest, the rectangular cross section irrigation canal took second place, the U-shaped cross section irrigation canal unit cost was highest. Among five lining fashion, the trapezoidal cross section with slope prefabricated irrigation canal unit cost was lowest, the U-shaped cross section with prefabricated irrigation canal unit cost was highest.

Trapezoidal cross section; Rectangular cross section; U-shaped cross section; Cast-in-situ; Prefabricate; Brick

岳小松(1983- )，女，河南魯山人,工程師，碩士，從事土地整治項目勘測、設計及研究。

2016-08-31

S 27

A

0517-6611(2016)30-0236-03