基于输水明渠设计及其施工应用

郑义俊

(江西赣禹工程建设有限公司，南昌 330038)

基于输水明渠设计及其施工应用

郑义俊

(江西赣禹工程建设有限公司，南昌 330038)

输水明渠是供水工程中的重要组成部分，在进行供水工程规划设计中，应对输水明渠段进行合理设计。文章结合具体的某一供水工程，简要探讨输水明渠设计方案，并对输水明渠混凝土施工要点进行阐述，以期对类似工程起到借鉴作用。

供水工程；输水明渠；设计方案；施工；应用

0 引 言

随着中国经济的发展，作为基础设施建设中的重要组成部分，供水工程正处于突飞猛进的发展阶段。输水明渠是供水工程中的重要组成部分，为了有效、充分发挥输水明渠功能，应对其进行合理的规划设计，并严格控制输水明渠施工，确保工程质量。文章笔者将结合具体的某一供水工程，简要探讨输水明渠的具体设计内容，其中主要包括水面线设计、横断面形式设计、边坡稳定分析、水利设计、渠道防渗设计等，并且对输水明渠混凝土的施工要点进行阐述。

1 工程概况

本工程为某一供水工程。该工程全长570km，属于(2)等工程。该供水工程设计参数见表1。在该供水工程中，输水明渠的总长度为1345m，渠底的设计高程为61.213-61.345m之间，渠道的主要设计参数见表2。

表1 供水工程的设计参数

表2 渠道的设计参数

2 水面线设计

可以依据输水明渠的控制点水位标高以及水头的分配成果，渠道可分配的水头是8.34m，建筑物的水头是7.75m。从上游向下游应分段扣掉渠道的沿程损失，依次扣掉每座建筑物所分配的水头，这样可以计算得出总明渠每个段的设计水面线。

3 横断面形式

对于输水明渠横断面形式的设计，弧形渠底断面形式是水利最佳过流形式，但是这种形式的断面有一定的施工难度，因此，有时候施工中采用梯形断面形式会比较常见。在梯形断面中，水力的最佳断面形式是窄深式断面，但上述断面形式工程成本较高，且后期运行维护较为困难，因此经过综合分析比较，最终采用梯形实用经济的断面。同时，便于提升干渠抗动稳定性，在过水断面的坡脚位置设置了弧形坡脚形式。

4 边坡稳定分析及边坡系数

进行边坡的稳定计算的时候，首要考虑地表至渠底以下5m的范围内，岩土体地质参数、地下的水位以及渠道的挖土填土实际情况。对各个断面的挖方部位土体的基本参数，应该根据地质勘察报告中的勘察成果进行合理取值。对地下水位以下部位土体的基本参数，应该选用饱和固结快剪指标；但对于地下水水位以上的土体基本参数，应该采用自然快剪指标。

本工程所在地区为7°抗震设防，因此在进行边坡稳定分析时，需要考虑地震力的作用，并进行地震计算。经过分析计算，渠道土质边坡的系数在2-3之间，能够满足相关规范的要求。

5 水力设计及断面要素

对于土渠段的过水断面施工方式，全部用混凝土衬砌，现场立模浇筑，真空吸水处理，表面进行压实抹光。石渠段过水断面则全部采用喷射混凝土补砌和砂浆抹光的施工方式。渠道的综合糙率能够满足0.015的要求。

6 渠道渗漏计算与防渗设计

在进行渠道渗透计算时，重点应考虑渠道的渗漏损失，其中影响渠道渗漏损失的因素包括渠床土壤性质、水文地质情况、渠道湿周及输水时间等。一般情况下可以将渠道渗漏损失分成自由渗漏和顶托渗漏两种，在渗漏过程中，渠道的渗漏损失会发生一定的变化。

考虑到在本工程中，渠道的基础基本为轻壤和砂质壤土，在没有防渗措施的情况下，渠道将有较大渗漏量，因此需要针对工程具体情况进行防渗设计。在进行防渗方案设计时，应综合考虑土质、挖填情况、经济性等以确定最佳防渗方案。

7 渠道防冻胀设计

本工程所处的地区为浅层季节冻土区，在冬季基础土体发生冻胀会对渠道混凝土衬砌造成较大破坏影响，因此需要对渠道进行防冻胀设计。一般情况下，当有个别渠段的标准冻深在10cm以上的，必须要进行设计冻深和冻胀量计算。渠道的设计冻胀量在1cm以上的时候，就需要采取相应的抗冻胀措施。

在进行渠道防冻胀设计时，应满足安全、经济合理、技术可行的原则。基于此，对于本工程的渠道防冻胀设计可以按照以下3种不同的情况进行考虑分析：①渠坡水位变幅区防冻，其他部位不防冻；②渠坡全防冻、渠底不防冻；③全断面防冻。

冬季，在渠道中，最容易出现破坏的位置往往位于最低蓄水保温水位至设计水位之间，因此需要根据以上这3种不同的情况分别确定渠底设计水位。

当渠道设计最大冻胀量超过混凝土衬砌板允许位移值时，应采取相应的抗冻胀措施，一般情况下可以采取置换措施或者保温措施。对于有的地下水位比渠道设计渠底高的渠段，可以用砂砾料进行置换来处理防冻胀；对地下水位比渠道低的渠段，则可以采取设置保温板的措施进行抗冻胀处理。一般情况下，所采用的保温材料可以选用聚苯乙烯泡沫板。

8 渠道衬砌结构设计

8.1 抗浮稳定

当渠道衬砌板受到地下水扬压力顶托时，渠道内、外水压力相等工况下，抗浮稳定能够满足相关规范 。

8.2 抗滑稳定

根据抗滑稳定计算结果，本工程渠道的抗滑稳定安全系数在1.2-1.3之间。同时根据计算结果可以知道，渠道衬砌的危险滑动面主要出现在复合土工膜与保温板之间。

8.3 渠道衬砌排水设计

对于地下水位高于渠道设计渠底的渠段，渠道的衬砌板会受到地下水的作用而产生扬压力。根据本工程的具体情况，对于渠道建成之后的地下水位，需要考虑3个丰水年补给的标准。

当对渠道衬砌进行排水设计时，一般情况下可以采用外排和内排两种排水方式。具体应根据地下水质情况、自然排水条件等因此进行排水方式的选择。

9 输水明渠渠道混凝土施工工艺

本工程的输水明渠的过水断面采用现浇混凝土衬砌的施工工艺。渠底衬砌的厚度控制为8cm，渠坡混凝土衬砌的厚度控制为10cm。每间隔5m的距离需要设置一道伸缩缝。以下将对输水明渠渠道混凝土的施工工艺进行阐述。

9.1 施工工艺流程

本工程中输水明渠渠道混凝土的施工，具体的施工工艺流程为：修坡及清底→削坡处理→铺设保温板→铺设复合土工膜→安装模板→混凝土衬砌施工→养护。

9.2 削坡处理

对于渠道边坡的削铺处理，主要是采用人工配合机械的方式进行。首先进行机械粗削坡，然后采用人工进行精削坡。在机械削坡之前，应先根据设计图纸要求进行测量放样。在机械削坡时避免出现超挖问题。削坡按照从上而下的顺序进行，对于挖出的土体应及时将其运出。

机械削坡之后进行人工精削坡。人工削坡应按照从上而下的顺序进行。削坡应确保平整、密实，削坡的误差应控制在2cm以内。

9.3 铺设保温板

在本工程中，采用铺设保温板的方式处理冻胀危害。本工程所采用的保温板为聚苯乙烯保温板，其厚度控制在5cm。首先在坡面上铺设一层细砂，人工刮平处理后进行保温板铺设，然后在其上采用木钉按照梅花形对其进行品字形固定。

9.4 铺设复合土工膜

在本工程中，采用铺设复合土工膜的方式处理渠道渗漏问题。当进行土工膜铺设时，在确保土工膜铺设平整的同时，应上游边压下游边，土工膜之间拼接采用焊接的方式，搭接宽度应控制在10cm以上，焊缝处应确保不出现虚焊、漏焊以及超焊等问题。土工膜铺设施工完成之后，应及时进行混凝土衬砌的施工。

9.5 渠道混凝土衬砌施工

1)严格按照混凝土配合比进行渠道衬砌混凝土拌和，并确保满足坍落度要求。拌和完成之后，采用混凝土搅拌车运输至施工现场。

2)当混凝土到达施工现场之后，应对其质量进行检查，确保满足要求即可进行混凝土浇筑。安排专人进行混凝土布料指挥，布料的厚度应控制在11-12cm之间，布料之后应立即进行振捣作业，当混凝土表面平整出浆时即可结束振捣作业，并进行人工压光处理，从而确保混凝土的平整、光洁。

9.6 养护

为了有效确保渠道混凝土质量，本工程对渠道混凝土采用覆盖草帘，洒水养护，养护7d之后刷涂一层养护剂的方式进行养护。

10 结 语

随着我国经济的发展，作为基础设施建设中重要组成部分的输水明渠，合理的规划将有效发挥输水明渠功能。文章通过结合某一供水工程，对输水明渠横断面形式的设计，最终选用梯形实用经济断面。为了有效的确定渠道的抗滑稳定性，在过水断面中设置弧形坡脚形式，从水面线设计、横断面形式设计、边坡稳定分析、水利设计、渠道防渗设计等方面系统地探讨了输水明渠的具体设计，提出输水明渠混凝土的施工要点，为同类工程提供参考实例。

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1007-7596(2016)12-0130-03

2016-11-24

郑义俊(1985-)，男，江西南昌人，工程师，从事水利水电项目管理工作。

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