东港灌区铁甲北五支渠道衬砌方案比选

宋永华

（辽宁省东港市水利勘测设计院，辽宁东港 118300）

1 工程概况

铁甲北五支渠道长4 702 m，渠道比降1/9 000，灌溉面积1 507 hm2，灌溉水利用系数为0.65，原设计流量3.10 m3/s。现状渠道断面淤积，杂草丛生，过流能力仅能达到2.15 m3/s，不满足灌溉流量3.10 m3/s的要求，亟需对该渠道进行渠道硬化。输水能力低下，严重影响灌溉。该段渠道渗漏比较严重，应采取防渗措施减少损失，以便达到节水目的，改造设计对渠道采用现浇混凝土板衬砌。渠道底宽为1.5～3.0 m，边坡1∶1.5。改造工程布置原则为不缩减原渠道断面，不占渠道两边耕地。通过方案比选，提出了具体衬砌方案。

2 渠道衬砌方案

近几年来东港灌区范围内渠道节水灌溉方面已建成多条渠道衬砌工程，主要结构型式有以下3种。

2.1 梯形渠道衬砌

素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土板。

梯形混凝土衬砌渠道，一般是从梯形土渠改造而来，因其边坡较缓，占地面积大。

1）友谊总干减糙：全长5 900 m，渠底宽7.20～10.50 m，渠道总深度3.20 m；护坡采用素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土板，未护底；护脚为1 000 mm深、600 mm宽埋石混凝土护脚。

2）铁甲6支衬砌：全长4 520 m，渠底宽3.00～5.50 m，渠道总深度1.61～1.88 m；护坡、护底均采用素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土板。

3）合隆联干衬砌：全长3 575 m，渠底宽4.00～5.00 m，渠道总深度2.40 m；护坡、护底均采用素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土板。

4）铁甲新民支衬砌：全长1 350 m，渠底宽1.50～3.00 m，渠道总深度1.84～1.89 m；护坡、护底均采用素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土板。

以上4项渠道减糙及衬砌工程均为东港灌区十期工程中的项目，涉及的渠道均为干、支渠。

2.2 U形渠道衬砌

素土夯实+砂卵石垫层+现浇（预制）混凝土U形槽。

U形渠道具有较佳的水力断面，利于输水输沙，且具有较好的抗土基冻胀能力；同时，渠道占地少，便于管理；缺点是施工比较复杂，修复难度较大。

U形混凝土渠道施工分现浇和预制安砌两种。现浇时，设横缝不设纵缝，为整体浇筑。预制时，预制块为整体U形，对较大U形渠道，也可由两块对称的半U形块对装而成，安装后的接缝用高强度水泥砂浆或细石混凝土填塞捣实，按二次浇筑混凝土处理；预制块宽度为50～100 cm。填方渠段及U形渠土基必须填夯密实。

目前，灌区内部分小流量支渠、斗渠、农渠已建成U形渠道衬砌，其中稍大尺寸的U形混凝土渠道基本采用素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土U形槽的形式；小尺寸U形混凝土渠道，譬如田间农渠等采用素土夯实+100 mm砂石垫层+40～70 mm厚预制混凝土U形槽的形式。因灌区内渠道比降非常小，已建成U形混凝土渠道设计流量基本都小于1.00 m3/s左右，最大圆弧直径为2.00 m，最大渠道总深度1.80 m。

2.3 矩形渠道衬砌

素土夯实+500 mm砂卵石垫层+100 mm厚现浇混凝土矩形槽。

矩形混凝土渠道坚固耐用，不易损坏，整体性强，稳定性好，占地少，施工容易，管理方便，缺点是混凝土用量较大。在槽宽等同于U形渠道圆弧直径、同等水深的情况下，其过水面积稍大于U形渠道过水面积。

小型矩形渠道衬砌为整体式混凝土结构，各部分厚度根据结构受力而定。矩形混凝土渠道的结构形式很多，除整体式外，还有侧墙与底板分开的分离式及中间有纵缝的两块L形对接式等形式。

目前，灌区内部渠道因工程建设场地受限采用矩形渠道衬砌，此类渠道大都位于公路或居民区边，尺寸稍大，形式均为侧墙与底板分开的分离式，流量均在2.00～3.00 m3/s。

铁甲北五支衬砌设计，在设计渠底高程及比降不变的情况下，均有护底，针对以上3种渠道衬砌形式进行水力计算。各形式渠道尺寸及水利要素，见表1～3。

表1 梯形混凝土衬砌计算成果表

通过以上计算成果可看出，渠道上口宽度为梯形混凝土衬砌＞矩形混凝土衬砌＞U形混凝土衬砌。因该段渠道首尾高程及比降均不能变化，计算出的U形混凝土衬砌渠道受形体限制其渠道总深度最大，其余2种衬砌的计算条件控制渠道总深度不变。U形混凝土衬砌形式的渠顶高程较其他方案高。

考虑到衬砌顶部以上土堤超高放坡的影响：

表2 U形混凝土衬砌计算成果表

表3 矩形混凝土衬砌计算成果表

0+000～2+567段工程布置宽度，方案2较方案1两岸合计减少约1.05 m，方案3较方案1两岸合计减少约2.43 m；

2+567～3+585段工程布置宽度，方案2较方案1两岸合计减少约1.04 m，方案3较方案1两岸合计减少约2.62 m；

3+585～4+702段工程布置宽度，方案2较方案1两岸合计减少约0.80 m，方案3较方案1两岸合计减少约2.30 m。

3 方案优缺点

方案1，因铁甲北五支现状即为梯形土渠，采用梯形混凝土衬砌比较适宜，不增加占地面积，结构稳定性好，抗冻性能好，施工方便，检修维护方便。对地形的改变较小，渠道两岸为斜坡，有利于田间动物活动迁徙，对灌区生态环境保护有益。

方案2，因铁甲北五支现状为宽浅型渠道，在保障渠底高程及比降不变的情况下，受U形渠形体限制，渠道总深度及水深均加大。该支渠水深加大，而干渠水位不变，致使渠道实际引水流量受限；另一方面渠道总深度的增加，使得渠堤顶高程增加，故而较方案1工程布置宽度节省仅1 m左右。

该U形混凝土衬砌3段的设计圆弧半径分别为1.81，1.74，1.55 m，体形较大，须采用现浇施工方法。需采用背后加肋的方法，提高其抗冻胀及抗破坏能力。因体形较大，受沉降及冻胀要求，U形渠底及两侧土基必须填夯密实，且要求严格。方案中，方案2施工最为复杂，修复难度最大。

方案3，在保障渠底高程、比降及水深不变的情况下，进行矩形混凝土衬砌设计，较方案1工程布置宽度节省2.30～2.62 m。

该矩形混凝土衬砌3段的设计底宽分别为4.63，4.19，3.90 m，体形较大，须采用现浇施工方法，形式为侧墙与底板分开的分离式，两岸侧墙按照独立挡土墙结构设计。也需考虑墙背及渠底冻胀力及建筑物抗破坏能力。对两侧墙基础要求严格，施工相对复杂，修复难度较大。

4 结论

设计对上述3种铁甲北五支衬砌型式进行方案比选，对各衬砌方案的单位延长米衬砌面积进行比较，见表4。

表4 各衬砌方案的单位延长米衬砌面积成果表m2

由表4可以看出在满足设计要求的前提下，虽说方案2单位延长米衬砌面积最小，但由于方案2属体形较大U形渠，须设置加强肋及渠顶横向撑杆，渠底及两侧土基必须填夯密实。方案3较方案2单位延长米衬砌面积略小，但其形式为侧墙与底板分开的分离式，两岸侧墙按照独立挡土墙结构设计，对两侧墙基础要求严格。综上所述，从各方面优缺点考虑，方案1要优于其余方案。因此，该工程衬砌型式推荐采用方案1。

［1］许立军，段培国.渠道现浇混凝土衬砌施工技术［J］.中国新技术新产品,2011(05).

［2］吕贵敏，徐阳.大型渠道混凝土衬砌施工技术［J］.南水北调与水利科技,2009(03).

［3］张茹，宋孝斌.大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型探讨［J］.东北水利水电,2007(06).

［4］于力洋.水利工程渠道工程施工中衬砌混凝土技术的应用［J］.吉林农业，2014（20）.

［5］史巧霞，王晨霞，吕德亮，等.解析水利工程渠道工程施工中衬砌混凝土技术的应用［J］.城市建设理论研究，2014（10）。

［6］严锦跃.探析水利工程渠道工程施工中衬砌混凝土技术的应用［J］.科技展望，2014（21）.

［7］刘羽中.水利工程渠道工程施工中衬砌混凝土技术的应用解析［J］.科技展望，2015（2）.

［8］贾志红，王凤梅，刘新成，等.衬砌混凝土技术在水利工程渠道工程中的应用［J］.魅力中国，2013（14）.