矩形渠防滲方案在鴨河口灌區現代化改造中的應用

呂小光，雷雨，李麗鋒

（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司，河南 南陽 473000）

1 工程現狀

1.1 基本情況

鴨東干渠樁號1+820～4+348 長2 528 m，沿線兩岸有鴨河口村、毛溝村、毛家坡村、沙溝寨村，設計流量25 m3/s，現狀渠道為梯形斷面，底寬10 m，邊坡比1∶2，迎水面為10 cm 厚現澆混凝土襯砌結構，設計水深2.35 m，襯砌高度3 m。左、右兩岸岸頂分布有不連續的道路，寬約3 m，外坡坡比不規則。樁號2+320～2+787右岸外坡坡腳為貼坡排水體。

1.2 存在的問題

鴨東干渠樁號1+820～4+348 渠段，右岸多為砂質壤土，滲透系數大。渠道放水右岸外坡多處土體潮濕滲水，呈管涌狀，局部為浸染狀，有多股清水明流，呈片狀不連續分布，且滲水量及滲水部位受渠內水位影響較大。加之，渠道右堤為檢查道，路面總寬約3 m，來往車輛通行困難。

樁號2+285～2+310、4+227～4+327段右岸渠堤背水側存在嚴重管涌、塌坡問題。2019年，鴨灌局工作人員在日常巡查中發現，鴨東干渠樁號2+285～2+310 段右岸，渠內高水位運行時，渠岸外坡多處土體潮濕滲水，多處呈管涌狀，局部為浸染狀。該段渠道2+296 處右岸，岸坡外出現1 處塌坑，經現場測量，塌坑寬約1.50 m，長約2.80 m，深1.10～1.80 m。

1.3 現狀穩定分析

1.3.1 滲流穩定分析

采用Autobank滲流計算程序，用分段法計算。經計算，渠道正常水位下，樁號3+200 單寬滲流量q=6.26×10-6（m3/s·m），出逸點坡降為0.567，大于渠堤逸出最大允許坡降0.453。現狀渠身背水側無排水體，逸出坡降大于允許坡降，渠身土有發生流土的安全隱患。計算結果與渠道運行過程中背水坡出現潮濕滲水現象吻合。

1.3.2 邊坡穩定分析

渠身岸坡抗滑穩定計算采用瑞典圓弧條分法。參照《碾壓式土石壩設計規范》，5 級建筑物岸坡瑞典圓弧法抗滑穩定安全系數：正常情況不小于1.15，非常情況不小于1.05。

由表1 可知，渠道正常水位時，渠身邊坡抗滑背水側邊坡抗滑穩定安全系數能夠滿足規范要求。

表1 邊坡穩定計算成果表

2 方案比選

工程選用三種方案進行比選，方案如下：

方案一：矩形渠道，渠身采用C25 鋼筋混凝土，設計底寬12 m，渠深3 m，每隔8 m設縫甲一道，襯砌以上設草皮護坡，渠頂最小寬度5.70 m，右側設C25混凝土路面4.50 m，內外側設波形護欄，外側種植灌木及綠籬，背坡新增防護林。

方案二：矩形渠道，采用C20 混凝土擋墻+底板護砌，設計底寬12 m，渠深3 m，每隔8 m 設縫甲一道，襯砌以上設草皮護坡，渠頂道路及背坡防護林同方案一。

方案三：梯形渠道，采用C20 混凝土護坡，設計底寬10 m，渠深3m，邊坡1∶2，每隔8 m 設縫甲一道，襯砌以上設草皮護坡，渠頂道路按現狀，防護林同方案一。

上述三種方案均符合灌區現代化建設的理念。從工程安全角度考慮，方案一采用鋼筋混凝土矩形渠型式，結構整體完整性明顯優于方案二、三，同時也可避免渠堤出現管涌等較大事故時，水流沖擊附近居民房；防滲方面考慮，方案二及方案三除考慮橫向止水縫外，還需在縱向增設止水縫，由于止水老化等不確定因素增大了漏水的風險；工程占地方面，方案一及方案二用矩形斷面，無需新增工程占地，方案三若考慮渠頂道路加寬，需培厚背水坡，新增工程占地，協調任務較多；投資方面，方案一略高于方案二，方案三土建投資最低，但考慮征地后，綜合投資較高。因此，結合上述方案比選，為切實解決鴨東干渠存在的問題，節省工程投資，本次鴨東干渠樁號1+820～4+348段采用方案一，不僅能解決渠道滲漏問題，提高渠道安全性能，也可加寬右岸渠頂道路，為汛期搶修及周邊群眾出行帶來極大的便利。

3 工程設計

3.1 渠道水面線計算

3.1.1 渠道流量確定

鴨東干渠設計流量采用河南省南陽市水利建筑勘測設計院1999年12月編制的《河南省南陽市鴨河口灌區續建配套與節水改造規劃報告》中的流量，結合渠道實測樁號，各段流量見表2。

表2 項目區引水流量計算表

3.1.2 水面線計算原理

考慮鴨東干渠現狀渠道寬度和渠道比降不一，本次鴨東干渠渠道水位計算依據2實測的鴨東干渠渠道平面圖、縱橫斷面圖，根據渠道各段的比降、流量、建筑物情況，采用恒定非均勻漸變流能量方程，自下而上逐段推算不同流量時各斷面水位。

3.1.3 渠道岸頂超高計算

根據《灌溉與排水工程設計標準》，鴨東干渠本次治理段設計流量22～25 m3/s，均為3 級渠道，故岸頂超高應按土石壩設計要求論證確定。根據規范要求，經計算，安全加高0.70 m，波浪爬高為0.20 m，超高為0.90 m。

3.1.4 設計水位計算成果

根據此次治理段設計渠道斷面對水面線計算，起始水位選擇治理段下游渠道現狀水位，渠道糙率取0.015，設計水面線計算成果限于篇幅此略。

3.2 渠道結構設計

3.2.1 渠道襯砌型式

此次工程鴨東干渠治理段均為高填方渠道，渠道襯砌防護的主要目的是為防滲，減少渠道滲漏損失，降低對周邊居民區威脅，提高輸水配水能力，增加渠坡的穩定性，同時提高渠道安全系數，故對渠道采用C25鋼筋混凝土矩形渠的襯砌型式。

3.2.2 渠道縱橫段設計

渠道設計比降1：5 700。重建為C25 鋼筋混凝土矩形槽，底寬12 m，深3 m；矩形渠頂部設置1 m 及0.50 m 平臺，以上按坡比1∶2整治至設計路面。左岸渠頂寬度維持現狀，岸頂設置圍網及生態防護帶，右岸渠頂寬度向渠內加寬至不小于5.70 m，渠道內側設置圍網及波形護欄，外側設波形護欄及生態防護帶，渠頂路面寬4.50 m，C25混凝土路面，下設砂礫石墊層。

3.2.3 襯砌及分縫設計

鴨東干渠襯砌段采用C25鋼筋混凝土矩形渠，下部設C15混凝土墊層，厚度10 cm。矩形渠底寬12 m，深3 m，側墻頂部寬度0.30 m，底部寬度0.40 m，底板厚度0.40 m，沿渠道底部側墻及底板交接處設25 cm×25 cm加腋角。

矩形渠抗滲標號為W6，防凍標號為F150。矩形渠每隔8m設縫甲一道，縫寬2 cm，縫內填充聚乙烯閉孔泡沫板及“651型”橡膠止水帶。底板分縫與邊坡分縫錯縫布置。

3.2.4 渠道穩定計算

3.2.4.1 地基承載力驗算

矩形渠最不利工況應為槽內滿槽水位運行，地下無水，根據勘探資料［б］=100 kPa。建基面地基應力根據力學的基本原理計算，取1 m長矩形渠進行計算，鋼筋混凝土容重25 kN/m3，水容重10 kN/m3，經計算，最大基底應力為46.59 kPa，小于持力層的承載力標準值fk=100 kPa，滿足地基承載力要求。

3.2.4.2 結構計算

①計算條件。矩形渠結構計算主要包括側墻計算、底板計算。計算工況：完建期：渠道內無水，渠道外側擋土。運行期：渠道內設計水位，渠道外側擋土。非常情況：渠道內滿槽水，渠道外側滑坡不擋土。荷載包括土壓力、水壓力、水重、自重等。②內力及配筋計算。矩形渠底板應力分析按照彈性地基梁法計算，邊墻作為固結于底板上的懸臂梁考慮。根據材料力學及簡明建筑結構設計手冊計算各工況下內力，根據《水工混凝土結構設計規范》計算各構件配筋及裂縫寬度。

矩形渠采用C25混凝土，HRB400鋼筋，最大裂縫寬度限值0.30 mm。按照《水工混凝土結構設計規范》進行計算，滿足最小配筋率要求，裂縫開展寬度滿足規范要求。

4 結語

鴨東干渠矩形渠防滲改造有效解決滲漏的同時拓寬了右岸干渠檢查道路，解決了渠道穿越村莊巡渠不便及居民出行安全等問題。為灌區渠道防滲改造打開了新思路，對灌區現代化改造具有重要意義。