小型農田水利工程渠道斷面形式比選分析

張 龍

(新疆生產建設兵團第六師五家渠市水政監察支隊，新疆 五家渠 831300)

1 工程概況

新疆生產建設兵團第六師106團地處天山北麓呼圖壁河下游沖積平原上的古爾班通古特沙漠的南緣，海拔為365～379m。106團現有土地總面積25.93萬畝，主要種植作物有棉花、冬小麥、油料、瓜果、蔬菜等。由于團場農業灌溉渠系防滲不完善，渠系水利用系數較低，農業生產發展受到極大限制，農業生產效益較低、職工收入增長緩慢。

2017年，106團申請國家水利發展專項資金，實施團場農田水利設施補助工程建設，其主要建設內容是對106團一連、二連、四連、六連、七連、八連6個連隊21條斗渠、6條農渠進行防滲改建，總長26km，設計流量為0.1～0.25m3/s，配套建筑物31座。工程項目屬于IV等小(2)型工程。

工程項目的實施，可以減少渠道的輸水損失，大大提高團場渠系利用率和安全系數，改善7850畝耕地灌溉輸水條件，配套完善水利基礎設施，為團場農業可持續發展打下堅實的基礎，對改善團場職工群眾生活水平具有重要意義。

2 渠道斷面形式比選分析

2.1 水力計算分析

106團現有灌溉渠道中的斗渠、農渠主要以土渠為主，部分為20世紀90年代修建的預制板渠道，現已破損嚴重，渠道內淤積較為嚴重，渠道上口兩側樹木比較多。項目實施階段，根據地形地質條件、施工條件、工程投資等方面的綜合分析，在已知渠道流量和縱坡的條件下，從水力條件、技術、施工及運行管理等方面對渠道橫斷面形式中梯形斷面、U形斷面和裝配式矩形斷面3種斷面進行比較，最終確定渠道合理斷面形式，優化設計方案，提升工程效益。

在比選中，結合渠道現狀和設計方案中流量、縱坡等特性，在渠道流量為0.2m3/s，縱坡為0.00129的情況下，分別選擇渠深為57cm的梯形渠，D80的U型渠，UJ800裝配式矩形渠進行水力計算，得出各斷面的相關水力要素參數。各斷面的水力計算結果見表1。

通過表1水力計算比較，在同等的流量及縱坡條件下，梯形斷面渠道水深較小，U形斷面渠道水深較大，裝配式矩形斷面渠道水深居中，不同斷面形式渠道流速基本相同。

2.2 渠道斷面形式特點分析

2.2.1梯形斷面

(1)整體結構

梯形斷面渠道的內邊坡比為1∶1.5，梯形渠防滲襯砌材料為砼預制板，渠道結構較為穩定，容易發生凍脹變形。

(2)防滲效果

梯形渠的防滲主要采用砼板加塑膜雙防滲結構，由于砼預制板的寬度為0.5m，砼預制板之間的接縫較多，防滲主要以塑膜為主，防滲效果一般。

(3)砼強度等級

梯形渠砼預制板強度等級為C20。

(4)工程占地

梯形斷面較大，工程占地較大，需要對渠道兩側樹木大面積砍伐，不利于生態環境。

(5)工程施工

施工各工序控制，渠道清廢→土方填筑→渠道開挖→風積沙墊層→0.3mm聚乙烯塑膜→砂漿找平→預制板鋪砌→壓頂板→完工清理。由于各道工序施工內容較多，施工所用時間較長。

(6)水力條件

水力條件一般。

(7)運行管理

運行管理中維修方便，且當渠道縱坡較緩時，渠道內的淤積物便于清理。

(8)工程投資

單位每公里投資為30萬元(不含建筑物)。

梯形斷面形式如圖1所示。

圖1 梯形斷面圖(單位：m)

2.2.2U形斷面

(1)整體結構

由于本地區的U形斷面渠道采用砼預制板襯砌，U形斷面由2塊砼預制板拼接而成，破壞了其整體結構，因此U形斷面的整體性結構較差，抗凍脹性能較差，凍脹破壞嚴重，同時當渠堤受到外力的擠壓時渠道斷面也容易變形，嚴重影響渠道的過流能力。

(2)防滲效果

U形斷面的防滲形式為砼預制板加塑膜雙防滲結構，砼預制板的寬度為0.5m，砼預制板之間的接縫較多，防滲主要以塑膜為主，防滲效果一般。

(3)砼強度等級

U形斷面砼預制板的強度等級為C20。

(4)工程占地

U形斷面較小，工程占地較少。

(5)工程施工

施工各工序控制，渠道開挖→風積沙墊層→0.3mm聚乙烯塑膜→U形砼預制板安裝→土方回填→壓頂板→完工清理。U形斷面的施工質量不易控制，當渠道土方回填壓實達不到設計要求時，U形斷面容易發生變形，施工進度較快。

(6)水力條件

水力條件較好，近似水力最佳斷面。

(7)運行管理

運行管理中需定期對變形的斷面進行維修，當渠道縱坡較緩時，渠道內的淤積物不便清理。

(8)工程投資

單位每公里投資為18.8萬元(不含建筑物)，投資較小。

U形斷面形式如圖2所示。

圖2 U形斷面圖(單位：m)

2.2.3裝配式矩形斷面

(1)整體結構

由于裝配式矩形渠道采用整體預制，每2m一節，渠道整體性結構較好，在受到外力時不易發生變形，因此裝配式矩形渠道不易發生凍脹變形，抗凍脹性能較好。

(2)防滲效果

由于裝配式矩形渠道為整體預制砼結構，每2m一節，縫內材料做比較方案。

方案一：高壓閉孔板+聚氨酯。先在縫內填高壓閉孔板，上部再用2cm聚氨酯封口。

方案二：遇水膨脹止水膠條。兩節矩形槽之間用遇水膨脹膠條連接。

上述兩個方案從投資、優缺點進行比較，結果見表2。

表2 填縫材料方案比選表

通過方案比較，方案一雖然投資較大，但韌性好、耐老化，效果較好，使用廣泛。方案二雖然投資較小，但其易松動脫落，影響止水效果，本次選擇方案一，每節預制砼構件之間采用高壓閉孔板加聚氨酯作為渠道填縫材料，底部高壓閉孔板，上部聚氨酯2cm，達到防滲的效果。因此，裝配式矩形渠道不用鋪設防滲塑膜，防滲效果較好。

(3)砼強度等級

裝配式矩形渠道的預制砼構件強度等級最低為C35。

(4)工程占地

裝配式矩形斷面較小，工程占地較少。

(5)工程施工

施工各工序控制，渠道開挖→風積沙墊層→矩型預制砼板安裝→土方回填→完工清理。裝配式矩形渠道的施工質量容易控制，當渠道土方回填壓實達不到設計要求時，渠道斷面不易發生變形。施工進度較快。

(6)水力條件

水力條件較好，近似水力最佳斷面。

(7)運行管理

渠道不易發生變形，運行管理方便，且當渠道縱坡較緩時，渠道內的淤積物便于清理。

(8)工程投資

單位每公里投資為25萬元(不含建筑物)。

裝配式矩形斷面形式如圖3所示。

圖3 裝配式矩形斷面圖(單位：m)

2.3 結論

通過對比梯形斷面、U形斷面、裝配式矩形斷面形式，從渠道整體結構、防滲效果、砼強度等級、工程占地、工程施工、水力條件、運行管理、工程投資方面進行分析比較，分析成果詳見表3。

表3 斷面形式分析成果表

綜合上述分析成果，最終確定106團小型農田水利工程渠道斷面形式采用裝配式矩形斷面。

3 結語

新疆生產建設兵團第六師106團水利基礎條件薄弱，在小型農田水利工程項目實施中，通過優化渠道斷面結構形式，提升了工程質量，降低了投資，便于工程運行管理，進而改善了團場農業灌溉輸水條件，對改善團場職工群眾生活水平具有重要意義。在項目建設中對梯形斷面、U形斷面、裝配式矩形斷面形式進行比選分析，這僅限于在小型農田水利工程中設計流量在0.3m3/s以下，且縱坡在0.001以下的斗渠或農渠適合采取裝配式矩形斷面形式。非上述情況的渠道斷面形式還需結合實際重新論證、分析，最終確定渠道最佳斷面形式。