淺析小型農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)與施工問題

雷偉麗

摘 要 農(nóng)田水利渠道在我國(guó)分布廣泛，并在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，其設(shè)計(jì)與施工問題備受農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)人士的關(guān)注。水利渠道的更新與改造技術(shù)不僅縮減了施工工期，而且還大幅度提升了農(nóng)田水資源利用效率，在一定程度上又獲得較好的景觀效果。水利系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，取決于農(nóng)田水利工程中的渠道設(shè)計(jì)質(zhì)量和與施工技術(shù)。基于此，結(jié)合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述小型農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)中的渠道設(shè)計(jì)與施工管理問題。

關(guān)鍵詞 小型農(nóng)田；水利渠道；設(shè)計(jì)；施工

中圖分類號(hào)：S277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.36.053

小型農(nóng)田水利工程的渠道設(shè)計(jì)與施工屬于輸水配水設(shè)施范疇，是小型農(nóng)田水利工程建設(shè)的重點(diǎn)。由于不同地域的地理位置、水文條件、灌溉方式不同，小型農(nóng)田水利工程的規(guī)模和結(jié)構(gòu)也不盡相同。雖然形態(tài)各異，但還是具有技術(shù)上的不可分性，能促使整個(gè)項(xiàng)目同時(shí)建成。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，部分小型農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)與計(jì)劃經(jīng)濟(jì)下的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不相適應(yīng)，同時(shí)因施工過程中的技術(shù)不過關(guān)，影響了了小型農(nóng)田水利渠道的安全性能。為此，需要切實(shí)從源頭開始，全過程進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，確保小型農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)與施工的合理化與科學(xué)化。進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)設(shè)計(jì)研究，優(yōu)化施工管理策略并形成良性循環(huán)機(jī)制。

1 小型農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)

1.1 材料

水利渠道的施工材料直接影響小型農(nóng)田水利渠道的質(zhì)量、使用功能以及使用年限等[1]。因此，在選擇農(nóng)田水利渠道的材料時(shí)，一是應(yīng)選擇質(zhì)量好的材料保證農(nóng)田水利渠道的性能；二是必須考慮到季節(jié)問題，不同季節(jié)對(duì)材料的影響有很大不同；三是是要選擇具有長(zhǎng)效機(jī)制的材料，農(nóng)田水利渠道工程不能頻繁地維護(hù)和拆建，盡量通過長(zhǎng)效機(jī)制來避免對(duì)農(nóng)田造成負(fù)面影響；四是應(yīng)選擇接縫少、安裝方便的材料，這樣能夠降低水的滲漏；五是應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)性良好的材料，因?yàn)檗r(nóng)田水利渠道如果材料成本過高，就會(huì)增加工程成本。

1.2 水利渠道設(shè)計(jì)

1.2.1 U型槽縱斷面設(shè)計(jì)

U型槽縱斷面設(shè)計(jì)是基于施工方案與施工圖的編制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為有效保證最大限度地使渠道工程占用面積最小，依據(jù)合理優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)農(nóng)田水利渠道進(jìn)行合理裁彎，確保渠道保持平順的原則[2]。渠道縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦蝸泶_定灌區(qū)走向，灌區(qū)的縱坡必須符合實(shí)際的地理高線、當(dāng)?shù)氐墓喔纫蟆⑺牧髁縼砭C合考慮。各樁點(diǎn)的渠頂及水位高程要按照縱斷面中心線確定。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是確定渠道的長(zhǎng)度和坡降與水頭損失之和，在確定渠道水位高程后根據(jù)所在灌溉區(qū)域的面積與實(shí)際情況計(jì)算斗渠、支渠與干渠等渠道設(shè)計(jì)損耗流量與凈流量之和，進(jìn)而最終確定計(jì)算出U型槽縱坡降與槽內(nèi)的規(guī)格尺寸。

1.2.2 U型槽橫斷面設(shè)計(jì)

U型斷面的小型農(nóng)田渠道橫斷面設(shè)計(jì)，不同地域都是采用設(shè)計(jì)流量：

其中i為渠道比降，W是過水?dāng)嗝妫琑為水力半徑，C是謝才系數(shù)。

水利施工的工程造價(jià)高低與控制面積大小與渠道比降的選擇是否合理有關(guān)，同時(shí)也與邊坡系數(shù)、渠道糙率和不沖與不淤流速有關(guān)。U型斷面的渠道比降的大小取決于灌區(qū)地面的坡度和泥沙含量和，v越大就容易沖刷渠床；v過小就容易導(dǎo)致輸水能力降低，會(huì)導(dǎo)致淤積；渠道邊坡系數(shù)是邊坡水平方向投影長(zhǎng)度與垂直方向投影長(zhǎng)度的比值，比值越大則邊坡越緩，比值越小則邊坡越陡。所以，要根據(jù)渠床土壤地質(zhì)與渠道深度來確定m值[3]。渠道斷面的寬深比可采用矩形斷面設(shè)計(jì)，若為土渠邊坡應(yīng)根據(jù)土壤性質(zhì)決定渠道斷面形狀。

1.3 跌水設(shè)計(jì)

農(nóng)田水利渠道跌水的布設(shè)跌水布置是為防止渠道沖刷而設(shè)計(jì)的農(nóng)田水工建筑物。根據(jù)目前的施工來看，農(nóng)田水利渠道跌水的布設(shè)結(jié)果經(jīng)常無人審核，設(shè)計(jì)差錯(cuò)多且會(huì)直接投入使用。水利渠道跌水的布設(shè)總體上的合理性較差，施工難度超出了布設(shè)方范圍。為此，首先要保證施工的有效性，堅(jiān)決抵制出現(xiàn)頻繁維護(hù)的情況。其次是選用一些質(zhì)地優(yōu)良的材料，根據(jù)國(guó)家的要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以避免大的安全隱患[4]。跌水設(shè)計(jì)分為單級(jí)跌水和多級(jí)跌水兩種形式，對(duì)于跌差較小的地段采用直落式跌水。在各種流量下，應(yīng)該滿足使跌水口前的水面不致快速降落；水面過分童高，會(huì)影響上游附近分水閘的引水流量。為了使上游渠道水深接近渠內(nèi)原有水深，施工中可以把不同形式的跌水口安裝到水流跌落處。通常情況下，采用的是跌水口，進(jìn)口護(hù)底以及翼墻。跌水口的過水?dāng)嗝嬉獙⑸嫌吻琅c跌水口連結(jié)起來，進(jìn)口翼墻的形狀以扭曲墻為基礎(chǔ)，且翼墻邊線與渠道中心線的夾角不大于40°。在支渠布置的設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際的地形地貌來設(shè)計(jì)干、支渠的規(guī)劃圖紙。

1.4 渠底比降設(shè)計(jì)

在渠道的設(shè)計(jì)中，渠底比降一般以1/5 000左右為宜。根據(jù)未來的發(fā)展需要設(shè)計(jì)出合理的比降[5]。同時(shí)，需要考慮到其他工作的影響，單憑此項(xiàng)工作并不能解決所有的問題，要從全局考慮才能創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.5 U型槽襯砌渠道防凍脹技術(shù)

U型槽混凝土襯砌節(jié)水效果明顯，雖然在渠道設(shè)計(jì)中采取了一定的防凍脹措施，但是運(yùn)行后還存在不同程度的傾倒、鼓脹，不但降低了應(yīng)有的防滲效果，而且也造成了U型的斷裂。支渠底板通過一個(gè)夏秋季的運(yùn)行，開化后有的底板斷裂。有的渠段出現(xiàn)了渠底的2～5 cm隆起。為此，需要進(jìn)行底板隆起的處理。挖開底板去除淤泥后更換砂石。在地下水位較高的渠段，可采用排除外來水的方式進(jìn)行處理。

2 小型農(nóng)田水利渠道的施工技術(shù)

2.1 U型槽的施工

2.1.1 U型槽的預(yù)制

小型農(nóng)田水利渠道施工的第一步就是U型槽的預(yù)制，預(yù)制所使用的機(jī)械設(shè)備要求制作流程簡(jiǎn)單、成本投入低且有著極大的優(yōu)勢(shì)。U型槽混凝土預(yù)制件的制作主機(jī)安裝兩個(gè)相同規(guī)格或不同規(guī)格的模具及壓頭，兩套模具可以分型生產(chǎn)。預(yù)制的定型U型槽鋼模，使用前必須檢查鋼模的表面是否平整和光滑，如果不達(dá)標(biāo)，必須及時(shí)改造或者是更換。U型槽的制作時(shí)，必須減少施工工序，避免因過多的運(yùn)輸導(dǎo)致過多的損耗。

2.1.2 實(shí)施混凝土配比的試驗(yàn)

以小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計(jì)的技術(shù)水平以及水泥砂石料為依據(jù)，采取的混凝土配比為C20強(qiáng)度等級(jí)，普通硅酸鹽31.3級(jí)水泥，卵石、砂、水泥比為2.0∶1.5∶1.0的水灰比，2.0～2.5的中粗砂細(xì)度，如果骨料級(jí)配不能符合設(shè)計(jì)就適當(dāng)在其中摻入早強(qiáng)減水劑與粉煤灰[6]。

2.1.3 預(yù)制U型槽的養(yǎng)護(hù)技術(shù)

制作工藝中，混凝土的材料數(shù)量采用過磅稱重控制。通過試驗(yàn)強(qiáng)制振動(dòng)成形，唾沫后推到養(yǎng)護(hù)場(chǎng)待凝，砼終凝后定期灑水，常溫下養(yǎng)護(hù)10 d即可出場(chǎng)。

2.1.4 U型槽的安裝

2.1.4.1 基礎(chǔ)挖填

U型槽是水力學(xué)性能好，對(duì)來自外部的凍脹力的抵抗力較強(qiáng)U型渠槽的材料要根據(jù)砂漿自身含水量嚴(yán)格控制水灰比其允許值抗?jié)B及和易性要求。挖填過程分為三個(gè)階段，第一步是挖的過程中用少量U型槽的土渠中作樣板每12 m安放一塊，并進(jìn)行上下水平移動(dòng)檢查。第二步是渠槽處理，在填土橫直過程中應(yīng)確保U型基槽挖掘時(shí)具有準(zhǔn)確性。有的渠段為防止?jié)裣莼虿痪鶆虺料荩┕で氨仨氝M(jìn)行渠床土層壓實(shí)。在挖填土方完成以后，將U型槽以18 m左右為宜放置在土渠里面留以參考使用。在對(duì)基礎(chǔ)土施工過程中，應(yīng)當(dāng)將渠底的位置放置適當(dāng)?shù)膲|層，避免發(fā)生倒流的現(xiàn)象發(fā)生。第三步是機(jī)械開挖基槽。粗土開挖時(shí)要預(yù)留足夠厚度土層，在開挖成型的基槽上澆筑墊層。

2.1.4.2 U型槽的安裝

基槽開挖成型后，將C15強(qiáng)度等級(jí)的細(xì)石混凝土澆注成厚度為5 cm，按所設(shè)計(jì)的比降間隔6～8 m將一塊U型槽安裝于控制點(diǎn)處，將砼U型槽置于基槽后，水平尺以控制線為基準(zhǔn)，經(jīng)檢查符合要求后在接頭處還須留設(shè)40 mm寬的縫隙，鋪設(shè)沉降穩(wěn)定后再校正，之后用水泥砂漿灌實(shí)并抹平。勾縫后要保持濕潤(rùn)。再次，U型槽鋪設(shè)自下游使接頭面向上游按正確的軸線和坡度鋪設(shè)，鋪設(shè)過程中要盡可能使軸線取直[7]。

2.2 渠道防滲技術(shù)

為了使農(nóng)田獲得足夠而合適的水分，要盡可能地使得單位水量灌溉農(nóng)田面積達(dá)到最大，從而取得灌溉效益最大化。目前我國(guó)建成了許多具有農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化特征的新型干渠。但很多小型和偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)田仍然還處于灌溉效率非常低的局面，一些渠道存在著嚴(yán)重的滲漏狀況。所以，為了避免出現(xiàn)滲漏問題，一是將渠基土夯實(shí)或在渠床表面鋪筑一層夯實(shí)的土料防滲層。二是襯砌施工。目前在大多數(shù)農(nóng)田水利工程建設(shè)中，對(duì)渠道的襯砌設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，其直接影響農(nóng)田水利建設(shè)施工的質(zhì)量。坡面修整完成后，驗(yàn)收合格后用反鏟進(jìn)行粗削坡，修整完成后壓實(shí)坡面。三是采用混凝土U型槽技術(shù)進(jìn)行小型農(nóng)田渠道施工，其具有運(yùn)行維修成本低，防滲效果好且節(jié)約了土地資源等優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

小型農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)與施工對(duì)于提升灌溉水源利用率來說非常重要。混凝土U型槽技術(shù)極大的提高了水源利用率，對(duì)整個(gè)灌區(qū)區(qū)域農(nóng)業(yè)作物生長(zhǎng)繁衍的具有極大的推進(jìn)作用。

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（責(zé)任編輯：劉昀）