浅谈透水衬砌在永丰干渠工程建设中的应用

2015-12-16陈海牛

水利建设与管理 2015年1期

陈海牛

(甘肃省张掖市甘州区乌江水管所，甘肃张掖 734000)

1 工程概况

乌江灌区位于甘州区城北，灌区辖乌江、三闸、靖安、平山湖四个乡(镇)的30个行政村、266个合作社。灌区共有干渠12条94.3km、支渠41条126.8km、斗渠116条241.4km。近年来，通过黑河流域综合治理项目及大型灌区续建配套项目建设，对灌区内的大部分渠道进行了改建衬砌，共衬砌干支渠33条89.927km，完成田间工程斗农渠衬砌148.7km、配套面积2760hm2，完成高效节水管灌、滴灌项目1666.67hm2，新打机井73眼，维修改造旧井53眼，完成国家各项投资约6102.4万元。灌区内已衬砌的渠道多在地质条件较好、地下水位相对不高、渠系布置较为正规的地段，而乌江灌区还有大量的干支渠及独立引水斗渠，分布在地下水位高的泉水地区，衬砌难度较大。近年群众节水意识不断提高，加之灌区对管理现状急需改观的需要，已逐步将部分高水位地段的渠道列入衬砌范围。

永丰干渠处乌江镇西端，引西大湖湿地内泉水而成。渠道全长17.34km，其中正规渠道10.58km，其余6.76km为引泉水的不规则渠道。渠道上段左侧紧靠耕地，右侧紧临黑河，地下水位较高，而6.76km引泉水的不规则渠道则更是常年有水溢出。永丰干渠承担乌江镇永丰、小湾2个村，17个合作社的农田灌溉任务，灌溉面积470.067hm2。工程在黑节一期项目中衬砌现浇混凝土渠道4.58km，在本次建设中衬砌渠道1.5km。

2 透水衬砌设计

2.1 衬砌解决的问题

永丰干渠本期计划改建1.5km，由于地质条件复杂，工程现场存在很多的问题:ⓐ地下水位较高，基础开挖后，在现有渠底以下0.5m处即可见到地下水渗出，如按现浇混凝土渠道设计，底部防冻置换层最多0.5m，达不到防冻涨要求，若垫层内长期有水，则影响渠道的稳定性;ⓑ渠道左岸全为耕地，且地势较高，与渠顶高差在3～5m，在灌溉期间，耕地内就会有水渗出，如按现浇混凝土渠道设计，在灌溉期间的回归水从渠道背后渗入，不仅影响渠道运行寿命，严重的还会冲垮渠岸，造成不必要的损失;ⓒ本段内基础土质为渗透性很强的砂壤土，渠道左岸为紧靠黑河的高坡，在以前的运行中，常出现渠道渗水穿透渠岸、拉跨渠岸的事故，如不加以衬砌护岸，无法保证渠道正常运行。为解决上述问题，采用C15预制混凝土网格和干砌块石相结合的透水衬砌，对渠道进行衬砌。

C15预制混凝土网格和干砌块石相结合透水衬砌的特点是:抗冻涨能力强、外形美观、施工方便、工程寿命长、便于维修，可以促进开源与节流并举，提高水的利用效率，使有限的水资源得以完全发挥效益。在永丰干渠本段工程内使用此方法不仅可以达到渠岸衬砌防护的效果，还可以充分利用渠道左岸耕地回归水，使其发挥效益，并能提高本渠道内水的利用率。

2.2 透水衬砌工程设计

2.2.1 渠道流量设计

渠道设计流量的确定，按续灌进行设计。以规划水平年(2015年)设计的净灌水率、灌溉水利用系数和渠道控制灌溉面积计算的设计流量作为本次改建渠道的设计流量。

渠道设计流量按下列公式计算:

Qs=qs·As/ηs

式中 Qs——续灌渠道的设计流量，m3/s;

qs——设计灌水率，取0.48m3/(s·万亩);

As——该渠道控制灌溉面积，万亩;

ηs——该续灌渠道至田间的灌溉水利用系数，取0.500。

按以上公式可求得渠道设计流量为0.68m3/s。

2.2.2 纵断面设计

渠道纵坡在现状基础上适当进行调整，为保证渠道安全运行，必需同时满足以下两点要求:ⓐ为防止冬灌停水后渠内积水冻胀，均按正坡连接设计;ⓑ最大纵坡按现浇混凝土衬砌渠道最大不冲流速小于5m/s控制。经计算并结合干渠实地情况，本段渠道设计纵坡为1/3000。

2.2.3 断面形式及尺寸

结合计算出的渠道设计流量，本段渠道透水衬砌、断面采用梯弧形，底弧半径0.7m，渠深1.51m，边坡系数 1∶1.25。

渠道超高确定:根据《灌溉与排水工程设计规范》规定，衬砌渠道超高值可采用0.3～0.8m。因本段工程采用透水衬砌，根据渠道加大水深、流量、流速等确定，渠道超高值取0.41m。详见表1。

表1 永丰干渠4+200～4+800水力要素

衬砌时，渠底采用干砌卵石衬砌，为确保渠道稳定，每10m放置一块预制混凝土底墩。渠坡先用边长为1.2m，厚0.12m的等边三角形栅格衬砌，栅格内用卵石干砌，这样既保证了渠坡的稳定性，又提升了渠道的外观形象。渠道衬砌厚度，渠底干砌石厚25cm，渠坡干砌石厚25cm，预制混凝土栅格厚15cm。详见下页图1～图3。