某县东山沟牧民定居点渠道工程设计方案探讨

卞建伟

【摘要】东山沟牧民定居点渠道改造工程断面形式采用梯形预制混凝土板衬砌形式，既有效地利用了原渠道渠线，又保证了渠道工程质量。

【关键词】渠道改造；梯形预制板混凝土衬砌方案；应用与分析

1、工程概况

东山沟牧民定居点渠道工程位于东湾镇东山沟村，项目建设地点位于距县城东南50公里的东湾镇。东山沟支渠从东干渠引水，承担着2.75万亩地的灌溉输水任务，渠道老化破损严重，渠道沿线地层下伏厚砂卵石层，渗漏损失严重，每年灌溉期都要投入大量的人力、物力对渠道进行维护。为节约和合理利用灌区水资源，减少渠道渗漏损失，此次渠道工程改造支渠6.6km，设计流量0.8-1.5m3/s，配套渠系建筑物11座（其中农桥3座、节制分水闸4座、渡槽3座、过水涵1个）。

2、工程設计

2.1 工程总体布置。本工程建设主要内容是对东湾镇东山沟牧民定居点引水渠道进行防渗改造，使其达到防渗节水，提高灌区用水保证率，同时满足防淤、防冲和安全输水的要求，改善灌区生态环境的目的。根据灌溉实际需要，本次设计改造支渠6.6km，其中上游段0+000-4+400设计引水流量为1.5m3/s，中游段4+400-5+600设计引水流量为1.15m3/s，下游段5+600-6+600设计引水流量为0.8m3/s。控制东山沟牧民定居点灌溉面积2.75万亩。依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），东山沟支渠工程等别为Ⅴ等，属小（2）型工程，渠道、节制闸、农桥等渠系建筑物级别为5级。配套渠系建筑物11座。

2.2 渠道工程

2.2.1 水源设计方案。灌区的水源工程是宁家河河水，灌区干支渠系已配套，支渠采用续灌方式，斗渠采用轮灌制度。

2.2.2 渠道流量确定。渠道控制灌溉面积2.75万亩，设计水平年加大流量为1.8m3/s，设计引水流量定为1.5m3/s。

2.2.3 渠道断面形式的确定。渠道断面设计均为梯形，底宽0.5m，渠道内边坡系数为1：1.5，外边坡系数为1：1.5。

根据《渠道防渗工程技术规范》SL18-2004，综合选定混凝土糙率为0.017。

根据《水工混凝土结构设计规范》（DL/T 5057-1996）要求，确定混凝土标号采用C20。该地区最冷月平均气温为-16.6℃，处于寒冷区，确定混凝土抗冻等级为F200。根据防渗要求混凝土衬砌防渗等级确定为W4。

2.2.4 渠道水力计算。渠道水力计算采用明渠均匀流公式，依据已知的设计流量，渠底纵坡、边坡系数、糙率、不冲淤流速，按最佳水利断面的要求，计算出水深和底宽；根据实际所用衬砌材料尺寸最终确定渠道断面，渠道超高按规范取值。

渠道断面为梯形，边坡系数为1.5，断面为预制混凝土板衬砌，渠深1.15m，底宽0.5m，压顶用C20混凝土预制板，渠道铺设0.30m厚的砂砾石垫层。

2.2.5 渠道岸顶超高计算。根据《渠道防渗工程技术规范》SL18-2004，Ⅴ级渠道岸顶超高由下式计算确定：

2.2.6 抗冻胀设计。根据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006）的规定，项目工程所在地最冷月平均气温-16.6℃<-10℃，属于严寒气候，标准冻深为1.00m；支渠渠基土为低液限粉土，土中粒径d≤0.075mm的土粒按重量比大于总土重的10%，具有冻胀性。因此需要对衬砌结构进行抗冻胀设计。

（1）设计冻深确定。抗冻胀置换层厚度按《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006）中公式（3.1.3）规定计算设计冻深Zd为1.01m，渠道阳坡设计冻深为0.83m，渠道阴坡设计冻深为1.01m。根据抗冰冻设计规范附录B按下式计算：Zd=φfψdψωZk

（2）基础设计冻深。按下式计算：Zf=Zd+ψωds-1.67δi

（3）土的地表冻胀量。由于无观测资料，Ⅳ级建筑物可按水工建筑物抗冰冻设计规范附录C的图C2确定土的地表冻胀量Δh为25mm。根据规范对土的冻胀性的划分，属于Ⅰ级冻胀。

根据就地取材、技术可行、经济合理的原则，当地有丰富的砂砾石料，抗冻胀置换材料选用土中粒径≤0.075mm的土粒按重量比大于总土重10%的砂砾石料。

（4）实际工程经验：通过对灌区各渠道破坏情况的调查与分析，垫层设20cm-40cm不会发生破坏。

综上所述，本次设计砂砾石垫层的技术要求为：最大颗粒粒径不超过40mm，小于0.075mm的颗粒质量含量不超过10%，小于7.5mm颗粒质量含量不超过40%，相对密度不小于0.75。

3、渠道工程设计方案的分析

3.1 所选渠线既可缩短工期，又减少工程投资。本次渠线选线如果选新建复线，虽然施工期不受渠道灌溉的影响，施工强度小，施工工艺简单。但开挖方量大，投资高，需要新增占地。另一方面本灌区经过多年的运行，渠床已处于稳定状态，渠道两侧灌区、下级渠道及渠道两岸的路林都已基本固定成型，如较大幅度调整纵坡，将引起逐级渠道及两侧灌区的变动。因此选老渠线方案，为做到保持原有灌溉系统的完整性，满足灌区引水要求和交通要求，尽量少占耕地，本次选择较短渠线。

3.2 渠道衬砌选用预制板衬砌防渗方式，防渗效果较好。渠道衬砌设计方案考虑了二种方案，即现浇砼板防渗和预制板衬砌防渗。若采用现浇混凝土板衬砌防渗，整体性好，利于防冲，护冻胀性能好，工期长，造价高，需施工导流。若采用预制板衬砌防渗，施工较快。综合造价较低，不需施工导流，投资较低，防渗效果较好。因此综合渠道工程地质条件分析和投资方面分析， 本次渠道衬砌采用预制板衬砌防渗断面设计方案。