新疆某干渠改造工程渠道设计及施工技术

2016-07-01李德祥

水利科学与寒区工程 2016年6期

关键词：施工技术

李德祥

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆莎车 844700)

新疆某干渠改造工程渠道设计及施工技术

李德祥

(新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆莎车 844700)

摘要：灌区渠道随着使用年代的久远，目前许多灌区的干渠渠道出现毁坏，渗漏问题，既不能满足使用要求又浪费了大量水资源，亟待改造。本文以新疆某干渠改造工程为实例，介绍了干渠设计和施工技术，包括基础铺设、防渗漏及冻胀问题等，以期对类似工程有一定的借鉴价值。

关键词：干渠改造；渠道设计；施工技术

灌区的建设可有效优化农业种植结构，有利于提高农民的就业率和维护社会稳定，对保护环境和防止水土流失也具有积极意义。目前，新疆部分灌区的渠道改造计划正在积极推进，扩大渠线覆盖面积，增大其通流能力、结构强度及防渗已成为主要工作。

1工程概况

该干渠始建于80年代，全长7.7 km，采用干砌卵石灌浆防渗技术，渠道建筑物有6座，设计流量为1.5 m3/s。但干渠经多年运行，加上缺乏维修资金，灌浆卵石大部分已经脱落，渠道基本变成土渠，水量渗漏严重，渠系水利用系数极低，无法满足当地灌区需水要求和输水作用。经过相关部门研究，决定对该干渠实行全面改造，以保证其各项指标达到设计标准。

2干渠存在的主要问题

(1)渠道结构损坏严重，断面基本变形，支渠引水量达不到设计流量，目前实际引水量仅为1.1 m3/s。设计其承担的灌溉面积为0.15万hm2，实际灌溉面积仅为0.07万hm2，严重制约了农牧业发展。

(2)渠道管理工作粗放，缺乏管理资金，渠道干砌石脱落严重，渠内杂草灌木丛生，渠道渗漏严重，增加了农民的用水成本，违背了节约用水原则。

(3)干渠附属建筑物配套不全，渠系建筑物和分水闸老化损坏严重，现有分水口布局不合理、不配套，影响了渠道正常分水，灌溉用水时，群众乱开口子，用水无法有效控制，致使本来可以受益的大片耕地得不到灌溉。

3渠道设计和施工技术

3.1渠道设计

经过现场调研，设计渠线整体沿原始渠线布置，计划改造总长度为7.4 km。渠道设计的内容主要有渠道流量、横断面、伸缩缝、衬砌和防冻胀设计等。下面对各部分内容进行详细分析。

3.1.1渠道流量设计

渠道流量应根据实际使用要求确定，若流量设计过大，会增加工程的建设成本，而且降低渠道利用率；若流量设计过小，不满足实际使用，使改造工程的经济及社会效益难以体现。本工程的渠道流量值Q由灌溉面积和灌水率确定，见式(1)。计算得出Q为1.25 m3/s，最终设计值确定为1.5 m3/s[1]。

(1)

式中：Q为渠道设计流量，m3/s;q为灌水率，m3/s；A为灌溉面积，0.667×104hm2;η为水利用系数。

3.1.2渠道断面设计

渠道横断面设计包括边坡系数、渠道宽深比等重要结构参数，这些都直接影响渠道的建设成本。断面设计的原则是“少开挖、少占地、少投资”[2]。首先根据明渠均匀流公式计算渠道过水断面面积A，见式(2)。计算得出A为2.3 m2，设计取值为2.5 m2。

(2)

式中：A为渠道过水断面面积，m2；n为渠道糙率；R为水力半径；i为渠道比降。

(1)边坡系数设计

边坡系数对其稳定性和渠道淤泥量有直接影响，因此在满足实际使用的前提下尽可能使边坡平缓，一般渠道边坡的常用值为1.5、1.75、2.0。本工程渠道沿线很大一部分为耕地，若边坡系数过大会增加占地面积，且增加建筑材料成本，因此本工程确定边坡系数为1.5。

(2)断面形式的设计

目前，渠道的断面形式包括弧形底+梯形边坡、梯形、“U”型等。由于梯形断面施工简单、质量容易控制，且整体造价便宜，因此本工程设计选择梯形断面形式，具体结构见图1。

图1　新疆某干渠断面结构示意图

3.1.3渠道衬砌设计

渠道衬砌设计是渠道结构的主要组成部分，对其结构强度、稳定性、防渗性等都有直接影响。目前常用的渠道衬砌形式有预制混凝土板衬砌、现浇筑混凝土层衬砌和浆砌石衬砌。这三种方法的优缺点对比详见表1[3]。经过比选，本工程决定采用现浇筑混凝土层衬砌形式。水泥型号为C20/W6/F200，设计渠底和边坡的衬砌厚度为10 cm，每隔3 m设置一道伸缩缝。

表1　渠道衬砌方案的优缺点对比

3.1.4渠道防冻胀设计

新疆地区昼夜温差很大，渠道的防冻胀措施是必须要考虑的因素。本工程主要采取以下措施防止渠道冻胀破坏：①对渠道地基土进行处理。一般采用换填法处理风积沙和杂土地基，换填30 cm厚的砂砾石，在重要地段在混凝土结构中加入钢筋。②铺设隔热保温材料。在衬砌施工前先铺设一层厚度为5 cm左右的苯板，既有保温性又有伸缩性[4]。

3.2渠道施工

在渠道施工时，要对其进行断水，本项目计划在4月至5月中旬完成施工。

(1)土方开挖和回填

本工程干渠规模较大，全部采用机械化施工。开挖时由中心向两侧扩展，人工修理边坡。按照设计对土方进行安置，便于以后充填渠道两侧使用[5]。在充填及碾压时，均采用分层施工形式，每层厚度控制在20～25 cm，保证土料的含水率符合要求，防止粘结碾压机械。

(2)混凝土浇筑施工

在浇筑前应适当对渠道基面进行洒水。设置模板时采用分块立模，即边坡模板每隔3.0 m设置一个横板；底部每隔5 m设置横板。钢筋采用搭接形式铺设，交叉点采用20号铅丝捆绑。混凝土拌合不少于2 min，现做现用，拌合站和施工点的最宜距离为100～300 m。施工时先浇筑渠底，利用其支撑作用再浇筑边坡。浇筑完成后采用原浆收面，要求表面光滑平整，不得有骨料外露。

(3)拆模和养护

在混凝土浇筑完成2～3 d后可进行拆模，横板拆除后要对伸缩缝进行处理。本工程在缝中灌入聚乙烯油膏，之后采用M10号砂浆进行填平[6]，10 d后进行养护作业，主要是洒水湿润，覆盖湿草帘等，养护时间至少要两周。

4结论

干渠改造对于提高灌区农作物产量及农牧民收入有着重大意义。本文介绍了新疆某干渠改造的设计及施工情况，该项目建成后各项指标均满足使用要求，经济和社会效益突出。而且邀请当地农民建立了“家庭责任制”的管理模式，分段管理干渠，增加干渠的使用寿命。

参考文献：

[1]张军明.沈家河灌区弧形底梯形渠施工技术研究[J].水利规划与设计，2015(3)：45-48.

[2]董要宇.喀瓦克干渠渠道改造工程质量控制[J].工程与建设，2015(1)：32-36.

[3]蔺红军，马向红.弧底梯形渠道断面的优化设计及施工技术[J].陕西水利，2014(3)：66-69.

[4]杨立东.节水改造工程中质量控制技术要点设计分析研究——以头屯河灌区西干渠为例[J].水利科技与经济，2012(6)：30-34.

[5]蒋娟.宁夏灌排渠道的问题及更新改造计划[D].杨凌：西北农林科技大学，2014.

[6]罗辉，曲卓杰，张晶.大型渠道设计与施工新技术研究综述[J].南水北调与水利科技，2009(6)：25-28.

作者简介：李德祥(1982-)，男，工程师，主要从事水利工程建设与管理工作。