山区小型渠道及其建筑物设计浅议

汪守先

（贵州省遵义县水利局，贵州遵义 563100）

1 工程地质基础

山区渠道和渠道建筑物不能建在堆积体、滑坡体和各种软弱基础上，必须建在非移动的岩基，不滑动、致密的土基上。

（1）当岩石倾向渠系外侧时，渠道或建筑物不能以岩石的覆盖层作基础，应向内侧移至岩基上。如果实在无法避开堆积层，就只能改建渡槽或改道建隧洞。

（2）渠道和渠道建筑物基础以外遇到局部滑坡体，可利用挡土墙、挖除等措施进行工程处理。

（3）渠道及其建筑物不得不通过软弱基础时，必须进行基础处理。

（4）在土基上的渠道及其建筑物，其进口段都应设横向伸缩缝，基础底部在合适的地方需作排水设计。以免地基因山水入侵而发生不均匀沉陷。

2 经济水力断面的设计

2.1 主要水力要素对工程经济的影响及其选取标准

（1）纵坡和水头损失。山区地形起伏大，地面落差大，所以渠道和渠道建筑物的纵坡或水头损失可取得大些，一方面减少工程量，另一方面也能加大流速，对防止淤积也有利。

山区傍山渠道纵坡取 1/1000为宜；垂直于等高线布置的渠道则大多变成陡坡或迭水，纵坡由地面坡度决定。渡槽纵坡在1/100～1/1000之间，一般取 1/500。渠道上的隧洞多数为无压隧洞，纵坡在1/500～1/1000之间，取1/500的较多。对于倒虹吸，在减少自流灌溉面积不大的前提下，其水头损失可尽量取大一些，以便减小管径。

（2）流速。 渠道及其建筑物的设计，应在不冲不淤的条件下尽量加大流速。

一般经验，渠道流速控制在0.5～2 m/s之间；无压隧洞流速可控制在 1.0～2.0 m/s之间；渡槽流速在0.5～3 m/s间；倒虹吸的流速通常在2.5～3.2 m/s间，有时最大达4 m/s。

（3）糙率n值。糙率n的大小是影响工程造价的一个重要因素。工程量的大小是与n值的大小成正比例的。选择合适的n值至关重要。

小型工程的施工质量不是太好，n值不能选得太小，否则设计水力断面将不能满足过流要求。渠道两个面为浆砌石一个面为混凝土，其 n值取0.022。两个面为混凝土一个面为浆砌石，其 n值取0.020。施工质量好的混凝土渡槽n取0.015。钢筋混凝土现浇管和预制管 n值分别取 0.016和0.015。预应力和自应力管n值取0.014。

2.2 经济断面的确定

从施工和工程经济考虑，山区小型工程的渠道都以矩形（净高和净宽相等）断面为佳。隧洞为城门型断面。渡槽有矩形和U型槽两种。

渠系上的明渠均匀流的经济水力断面在山丘地区并非宽浅式的最佳水力断面，而是宽深式断面，宽深比b /h =1.15～1.5。

经笔者反复试算，设计经济水深按下列经验公式选取。

式中h —设计水深(m)；

Q —设计流量（m3/s），一般取设计最大流量；

n —糙率；

k —稳定系数，由纵坡i的大小决定。

k的确定：

当1/200≥i≥1/1000时：

k =0.03（1/100i -5）+k′

当1/1000≥i≥1/2000时：

k =0.075/500i + k′

其中系数k′的确定：

当Q ＜1 m3/s时：

对矩形、U型和城门形断面：k′=0.85。

当5≥Q≥1m3/s时：

对矩形渠道和渡槽：k′=0.85；

对U型槽：k′=0.81；

对城门形隧洞：k′=0.87。

水力断面经济宽度：

对矩形渠道和渡槽B ≈h +(0.25～0.35)；

对U型渡槽Bu=10h/7；

对隧洞B ≈h +(0.25～0.45)；

水深h和经济宽度均以m为单位。

根据断面的经济水深和经济宽度，用明渠均匀流公式求出此时的流量。若与实际不符，一般将净宽或水深h调整5cm以下，再验算一次即可。

断面的净高：

矩形渠道H = B；

渡槽Hd=13h/12 + 0.05；

隧洞H洞=h +0.4，若H洞＜1.2m，需加大到1.2m，以满足最小开挖断面高1.8m的要求；

水深h和净高均以m为单位。

3 防 渗

从经济出发考虑渠道防渗。一般等流量的单位渠道总造价，使用混凝土防渗比使用浆砌石防渗降低30%左右，且防渗效果又比浆砌石提高一倍。

在不影响渠床稳定的前提下，尽量用混凝土护面；当净深大（一般大于 1.5m）的渠道处于土基和风化岩基上，为解决渠床稳定的问题，可先用石灰黄泥混合浆砌毛石使渠床成形，然后用混凝土护面。断面防渗形式采用侧墙等厚结构为好。

4 沉沙和泄退水建筑物的设置

4.1 沉沙池

渠道及其建筑物是按不冲不淤的原理设计的，但在建成后的运行中，不可能不发生淤积，这是山区自然地理条件决定的。对隧洞、暗渠、倒虹等建筑物依然沉积着大量由明渠流入的泥沙。特别是洪水期淤积最严重。为了防止建筑物的淤积，必须在其前设置沉沙池。

4.2 渠道上的泄退水建筑物

为了保证渠道及其建筑物的正常运行和安全，在渠道上比较大的冲沟和谷地处，在坡面水入渠较长的渠段尾部及渠系建筑物前，必须设置泄洪闸或溢洪侧闸。为了渠道建筑物的检修，必须在其前设置退水道。渠道上的泄退水建筑物一般与放水排沙侧闸或放水底孔合并。渠道建筑物前的泄洪、排沙和退水建筑物宜联合建。

泄洪建筑物的设计，其流量可按5～10年一遇最大洪水计算。对退水道和小型溢流侧堰可按渠道流量进行设计。