灌區節水改造工程渠道橫斷面設計及方案比選

阿扎提古麗·扎克

(新疆和田市水利局，新疆 和田 848000)

灌區節水改造工程渠道橫斷面設計及方案比選

阿扎提古麗·扎克

(新疆和田市水利局，新疆 和田 848000)

和田河大型灌區現有水利工程老化、破損嚴重,過水能力不足,抗洪能力差,排水設施不配套,水資源利用效率低,所以有必要對渠道進行改造。本文在進行渠道橫斷面設計及方案比選時充分考慮了施工質量及施工進度控制的難易程度、能否充分利用當地建筑材料、工程造價的高低和工程實施后的運行管理是否安全等情況,經過渠道橫斷面的設計和更新改造,將有利于充分、及時發揮灌區水利工程整體效益。

節水改造;斷面型式;設計

和田河大型灌區骨干輸配水系統老化，工程不配套，渠系防滲率低，再加上采用傳統的地面灌溉方式，管理相對粗放，灌溉水利用系數低，水資源浪費嚴重，季節性嚴重缺水，降低了主要作物產量，制約了當地經濟的發展。通過工程項目改造可保證灌區控制性工程的安全運行，提高分水和輸水保證率，減少滲漏損失，改變水利設施建設滯后于農業發展的局面，對完善灌區灌溉系統、實現整體效益是非常必要的。

1 工程概況

和田市吉亞干渠灌區主要通過吉亞干渠上段(總長為4.96km，已在塔河項目中實施完畢，目前運行良好)、洛浦西干渠、洛浦總干渠等上級輸水渠道從玉河渠首引水。通過現場踏勘成果，結合和田市水利局的反映，吉亞干渠上段已進行防滲改建，干渠下段是未進行防滲改建的土質渠道。由于供水任務重、運行時間長，加上當時的施工技術和運行管理水平有限，導致渠道填筑質量差，不適應計劃供水的管理要求。目前渠道上渠坡塌陷、渠底凹凸不平、渠深寬不規則，渠道上段沖刷嚴重、下段淤積嚴重等現象普遍存在。沿線配備的分水、交通設施老化嚴重，由于渠系配套建筑物不完善，沿線隨處可見隨意設立的簡易式橋梁。這不僅嚴重影響灌區內農業生產活動的開展，而且進一步擴大水資源的浪費。

吉亞干渠存在的問題主要有渠道滲漏損失大、沖刷破壞較為嚴重、渠道填筑質量差、管理設施不完善且管理力量薄弱等。

2 渠道橫斷面設計

該干渠工程為老渠防滲改建工程，現狀渠道橫斷面是未進行防沖襯砌的寬淺式梯形渠斷面，因此為了減少渠道開挖和填筑土方工程量，故渠道橫斷面仍采用梯形斷面。在渠道橫斷面設計中用不同的襯砌材料進行比較，從中選取最優的襯砌橫斷面。

2.1 渠道設計過水能力

渠道設計過水能力按明渠均勻流公式計算，依據《灌溉與排水工程設計規范》附錄H的公式進行計算。渠道橫斷面尺寸在水力最佳斷面范圍內。盡量采用經濟實用斷面，堤寬根據各渠段設計流量按規范計取，渠堤超高根據規范加大水深確定，即:

式中:Fb—渠堤超高，m;h加—渠道加大水深，m。

2.2 橫斷面設計

本渠道設計縱坡為1/343～1/784之間，部分渠段縱坡始終較陡。所以本設計中，充分考慮渠道縱坡、流速、地下水埋深、土壤腐蝕性、凍脹性、天然建筑物材料供應運距、工程施工、運行管理和參照已建渠道襯砌形式等方面的因素后因地制宜地確定了渠道的2種設計橫斷面即第一方案(比選方案)和第二方案(推薦方案)。下面分別對2種方案進行闡述。

第一方案(比選方案)，即全段渠底采用10c m厚現澆砼板襯砌、邊坡采用 8c m厚現澆砼板襯砌，下設砂礫石防凍層的橫斷面方案。如圖1所示。

圖1 渠道設計橫斷面(第一方案)

具體結構為:渠底采用C 20現澆砼襯砌，襯砌層厚度0.10m，下設砂礫石防凍層。渠底寬較小的(≤1.5m)0+454～8+620渠段渠底不設縱向縫，渠底寬大于1.5m的0+000～0+454渠段渠底設縱向縫，渠底單塊板縱向長度為3.0m，渠底相鄰單塊板之間設橫向伸縮縫，伸縮縫縫寬2.0c m，分縫上部(迎水面)采用2.0c m厚聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，其下部采用厚度為8c m的高壓閉孔板嵌縫。

邊坡由表往里依次為8c m厚C 20現澆砼板襯砌，下設砂礫石防凍層。邊坡現澆砼板板塊尺寸(邊坡斜長×渠道縱向長)控制在(1.8～1.53)m× 2.5m左右，邊坡每隔2.5m設一道橫向伸縮縫，邊坡與渠底相交處設縱向伸縮縫，縫寬2.0c m，伸縮縫迎水面采用聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，嵌縫厚度 2.0c m，其下采用厚度6.0c m的高壓閉孔板填縫。渠道每100m設一道C 20現澆砼隔墻，隔墻厚度為0.4m，其深度考慮到工程投資和渠道安全，取為0.5m。

根據水力計算，渠道寬深比在1.68～1.25之間，由此可見，渠道設計橫斷面在實用經濟橫斷面范圍內，滿足設計要求。

左右堤頂寬均取為2.0m，渠頂設寬×厚= 30c m×8c m的 C 20現澆砼封頂板。封頂板每1.5m設一道分縫，縫寬2.0c m，采用高壓閉孔板填縫。

第二方案(推薦方案)，即全渠段渠底采用C 20現澆砼板防滲防沖、邊坡采用長方形C 20預制砼板防滲防沖、砂礫石防凍的橫斷面方案。如圖2所示。

圖2 渠道設計橫斷面(第二方案)

具體結構為:渠底采用C 20現澆砼板襯砌，襯砌層厚度0.10m，下設砂礫石抗凍層。渠底寬較小的(≤1.5m)0+454～8+620渠段渠底不設縱向縫，渠底寬大于1.5m的0+000～0+454渠段渠底設縱向縫，渠底單塊板縱向長度為3.0m，渠底相鄰單塊板之間設橫向伸縮縫，伸縮縫縫寬2.0c m，分縫上部(迎水面)采用2.0c m厚聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，其下部采用厚度8c m的高壓閉孔板嵌縫。

邊坡由表往里依次為厚度6c m的長方形C 20預制砼板襯砌，下設厚度2c m的M 5砂漿找平層和砂礫石防凍層。預制砼塊板采用長60c m、高40c m的長方形結構，預制板結構縫寬為2.0c m，結構縫采用C 20細礫砼勾縫。

邊坡每6.22m設一道伸縮縫，縫寬2.0c m，伸縮縫迎水面采用聚胺脂砂漿(聚胺脂占50%，砂漿占50%)嵌縫，嵌縫厚度2.0c m，其下采用厚度4.0c m的高壓閉孔板填縫。渠道每100m設一道C 20現澆砼隔墻，隔墻厚度為0.4m，其深度考慮到工程投資和渠道安全，取為0.5m。

根據水力計算，渠道寬深比在1.63～1.22之間，由此可見，渠道設計橫斷面在實用經濟橫斷面范圍內，滿足設計要求。

左右堤頂寬均取為2.0m，渠頂設寬×厚= 30c m×8c m的C 20現澆砼封頂板。封頂板每1.5m設一道分縫，縫寬2.0c m，采用高壓閉孔板填縫。

3 橫斷面方案的比選

本干渠工程為老渠防滲改建工程，通過現場踏勘，本工程無導流條件，只能采用停水期搶修的辦法進行施工。工程的設計及方案選擇應充分考慮工程實施過程中的施工質量及施工進度控制的難易程度、能否充分利用當地建筑材料、工程造價的高低和工程實施后的運行管理是否安全問題。

3.1 工程施工和運行管理方面

第一方案采用全斷面現澆砼板襯砌的防滲防沖形式，工程的機械化施工程度和施工過程中的專業施工隊伍利用率較高，施工進度較快、施工方便、施工程序簡單、工程質量較好控制，工程占地面積相對較小，但與預制砼板相比渠道流速相對較高，渠道抗磨損性能較差，使用壽命較短，進行停水期搶修難度大，混凝土難以達到設計強度。

第二方案渠底采用現澆砼板襯砌的防滲防沖形式、邊坡采用預制砼板襯砌的防滲防沖形式，該方案渠道抗磨損性能較好，使用壽命較長，很適合停水搶修的施工辦法，便于突擊搶修，但工程的機械化施工程度和施工過程中的專業施工隊伍利用率相對較低，施工不太方便，施工程序較復雜、工程質量保證較難。

因此在工程施工進度和運行管理方面第二方案優于第一方案。

3.2 襯砌材料供應方面

襯砌材料供應方面可比性不明顯。

3.3 工程投資方面

工程投資方面第一方案優于第二方案。

通過對2個橫斷面方案各方面的比選，并考慮到本干渠工程停水期較短，沒條件導流的實際情況，認為第二方案便于停水搶修、可以保證施工進度和工程質量，因此我們選擇第二方案為推薦方案。

4 結語

綜上所述，渠道斷面形式的設計應考慮施工質量及施工進度控制的難易程度、能否充分利用當地建筑材料、工程造價的高低和工程實施后的運行管理是否安全等實際情況，因地制宜。此外，根據氣象資料，和田市續建配套及渠道防滲改建工程所處地區多年最大凍土厚度0.67m，經工程地質人員沿線取原狀土樣的實驗結果及地質剖面揭露圖顯示，渠基坐落在粘粒含量大于10%的低液限粉土層，屬于凍脹土，因此本工程渠道橫斷面設計中須考慮防止凍脹破壞的工程措施。

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1008-1305(2016)05-0095-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.033

2016-03-11

阿扎提古麗·扎克(1970年—)，女，高級工程師。