中型灌区节水配套改造项目设计综述

盛德民

(万安县水利局，江西 吉安 343800)

1 工程概况

左岸灌区是万安县重要的中型灌区，以万安水库为骨干水库，联合光明水库、中洲水库、荷塘水库等小型水库共同灌溉五丰镇、罗塘乡共2个乡镇18个村委会的大部分农田，是农业经济作物生产的主要基地，在万安县农业经济中具有举足轻重的地位和作用。灌区涉及人口3.85万人，设计灌溉面积3346.67hm2，有效灌溉面积2546.67hm2。

万安左岸灌区有总干渠一条，长14.98km；支渠7条(含光明支渠)，总长34km；设置斗、农渠26条，总长40.5km。

万安左岸灌区干支渠上现有建筑物83座，其中渡槽12座，隧洞4座，泄水闸13座，分水闸26座，节制闸5座，倒虹管1座，跌水1座，公路桥9座，人行桥12座。

2 灌区存在的主要问题

2.1 干渠存在的主要问题

1)灌区管理制度不完善，工作人员不足，灌溉效益差。

从灌区整个渠系现状看，或因总干渠“一竿”到底较长，整个灌区存在越级取水较多的现象，农民在上游渠道上经常自主打洞取水，严重浪费水量，导致形成上游农田水汪汪，下游农田旱干干的现象，影响灌区效益的正常发挥，也造成目前灌溉面积只能达到2546.67hm2。据此可见灌区合理规划、统一配水、强化管理是左岸灌区配套规划设计的重点内容。

2)渠道淤积严重，影响过流，效益萎缩。

左岸灌区干渠现有坡降在1/5000-1/3000之间，干渠的下游渠段极少通水，甚至有些渠段被人为地拦堵了或栽种了庄稼。由于渠道两边坡时常有滑坡发生，致使渠道的断面底宽越来越宽，属典型的宽浅式，与渠道的过流量及坡降很不协调。灌区局部地区植被覆盖条件不好，水土流失较为严重，也导致总干渠多段淤积较严重[1]。

3)地质条件差，险工险段多，渗漏严重，造成水量损失太大，且危及渠道运行安全。经调查目前存在的主要险段有：总干渠0+018-0+030段、0+150-0+285段、1+010-1+020段、9+000-10+300段等，这些险段的险情主要是渠堤内外坡滑坡、塌方，至使渠道常年淤塞。主要原因是：①渗漏量大，引起渗透破坏；②地下水位高，有的渠床位于地下水地段，渠床土壤饱和成软基，失去稳定；③渠道内坡、渠堤外坡边坡系数小，边坡不稳；④施工时未清基，填土不夯实；⑤原防渗加固处理不合理或施工质量差，使原防渗加固工程失效，成为新的险段。

2.2 渠系建筑物存在的主要问题

1)渠系上分水闸和节制闸不齐全，无法对灌溉水量进行调制和计量，造成灌溉用水不均匀，靠近水原点的耕地用水过多，严重浪费灌溉水量，而灌溉尾部水量则严重不足，直接影响了灌区的灌溉效益。

2)渡槽连接部位质量差，造成漏水，不仅造成水量浪费，而且还危及渡槽和渠道的安全。

3)渠系建筑物损坏老化，干渠渠系建筑物已运行二十多年，有局部损坏老化[2]。

3 灌区节水改造分析

3.1 改造措施及主要建设内容

渠首工程：加固改造总干渠首消力池一座。

渠道工程：渠道工程总干渠整治总长14.3km，衬砌总长11.768km，清淤疏浚总长9.957km。

渠系建筑物工程：续建万安左岸灌区总干渠及各支渠渠系建筑物，包括渡槽8座，倒虹吸管1座，节制闸4座，分水闸2座，隧洞1座。

3.2 渠首工程设计

渠首消力池位于总干进水渠桩号0+000进水口前端，为万安水库大坝左测隧洞出口消力池，池长18m，高4.5m，宽9m，为钢筋混凝土箱形结构。消力池自建成后运行至今，池墙及底板出现多条裂缝，导致漏水严重，严重影响到灌区效益，急需修补。

本次设计改造拟对渠首消力池进行裂缝修补、混凝土防渗加固处理，先对池内底板及边墙现有裂缝进行M10水泥砂浆填缝修补，再对池内底板及顺水流方向两侧边墙进行现浇一层15cm厚C20混凝土防渗面板处理，浇筑防渗面板前需对池内现有混凝土表面进行打磨凿毛处理，再在池墙表面按梅花形布置打入膨胀螺丝，螺丝选用A2-70(6×150)型号，间距0.5m，随后围绕螺丝铺设两层厚6#钢丝网，再进行C20混凝土防渗面板浇筑[3]。

3.3 渠道工程设计

1)纵比降的确定：

根据工程现状，各渠道建筑物基本均为维修，受现有渠道建筑物底高程限制，纵比降按设计与现状相结合确定，渠道比降1/3000-1/5000，由于灌区主干渠尚未进行确权划界，考虑到迁占困难等一些列因素，本次渠道清淤在满足过流的基础尽量少占地，设计时，高于设计渠底的渠道开挖至设计渠底，边坡超挖的，现状边坡视为设计边坡，低于设计渠底的渠道按现状渠底，不回填[4]。

2)渠道横断面设计：

结合现状地形，综合考虑施工条件等一系列因素，本工程左岸灌区干渠断面参数为：设计水深1.6-0.8m，设计渠深2.6-1.3m，渠道底宽3.2-1.5m，渠顶宽≮2.0m，内坡边坡系数m1为1.25，外坡边坡系数m2为1.25。

3)渠道清淤设计：

因本灌区渠线较长，干渠纵坡较缓，同时灌区范围内人类活动密集，渠道保护意识差，有些渠段甚至被人为地拦堵了或栽种了庄稼，导致渠道淤积严重，故本次设计对总干渠淤积严重段进行清淤处理，处理总长9.957km，清除淤泥土方11139m3。

4)衬砌设计：

灌区渠道经过多年的运行，总干渠沿线渗漏点较多，渠道渗漏严重，灌区效益无法满足沿线人民的群众生产、生活要求，因此需要继续对干渠进行防渗加固处理。根据灌区的实际情况，本次设计拟对灌区总干渠进行混凝土全断面衬砌，以解决渗漏隐患。

左岸灌区渠道防渗选择三种不同材料的护面防渗进行比较：①现浇混凝土板衬砌防渗；②浆砌块石衬砌防渗；③埋铺式膜料(土工膜)防渗。根据规范，三种防渗材料的防渗效果及适用条件见表1。

表1 渠道各防渗方案基本情况表

各方案主要技术参数及优缺点比较如下：

1)现浇混凝土板衬砌：衬砌厚度取15cm。优点是防渗、抗冲性能好、耐久性强、工程量小、施工方便、造价较低。缺点是施工技术性要求较高。

2)浆砌块石衬砌防渗：衬砌厚度30cm。优点是防冲性能好、耐久性能强、施工技术简单、不受区域和地形的限制。缺点是防渗性能较差、工程量大、需劳力多、运输较为困难、造价较高。

3)土工膜防渗：防渗效果最好，同时施工方便，但左岸灌区渠道主要通过白垩系泥岩地层，其边坡遇水会形成坍塌，在土工膜上需用混凝土预制板或浆砌石保护，导致造价提高，设计取混凝土预制板厚10cm。

各方案技术经济比较详见表2。

表2 渠道防渗材料优缺点比较表

综上从材料的防渗效果、耐久性及造价看，结合灌区渠道现状防渗材料及防渗效果，本次渠道加固设计选用C20现浇混凝土护坡、护底方案，厚度150mm。

3.4 主要渠系建筑物改造设计

渠系建筑物由于当时建设标准低，年久失修，管理维护不到位等原因，经过多年运行，现状均存在不同程度的失修、损坏现象。满足灌排、交通等要求，按实际需要选择适当形式，对已有的灌排建筑物尽量利用，对需改建、拆除重建建筑物尽量减少水头损失，满足现有渠道水力要求。

3.4.1 分水闸工程设计

本灌区总干渠上建有多处分水涵闸，灌区运行至今，未对各支渠分水闸进行闸门及启闭设备更换处理，现经已有多处分水涵闸出现破损、漏水，进出口坍塌等现象，无法进行取水灌溉。本次统计总干渠上共有2处分水涵(闸)急需加固处理，本次设计根据现场实际情况对四支分水闸进行拆除重建处理；对一支分水闸进行更换闸门及启闭设备处理。

各分水闸设计均采用钢筋混凝土箱涵形式，并设铸铁闸门及螺杆启闭机，进口采用C20混凝土扭面与干渠连接，出口接支渠。

3.4.2 节制闸工程设计

本次需加固的节制闸有4座，均位于总干渠上，目前节制闸存在的主要问题是启闭机等设备老化或闸门锈蚀变形严重。本次加固设计对一支、二支节制闸更换或安装闸门及启闭机设施，增设启闭房等配套设施；对渠首节制闸和四支节制闸拆除重建。

3.4.3 渡槽工程设计

渡槽是输送渠道水流跨越河渠(小溪)、道路、山冲、谷口等架空输水建筑物，是灌区交叉建筑物之一。万安水库左岸灌区总干渠现有8座渡槽。经复核所有渡槽过水能力均能满足设计要求，部分渡槽存在槽墩排架存在老化、露筋现象，槽身伸缩缝老化、漏水严重等，急需进行维修加固处理。

本次拟对渡槽进出口段进行维修加固，拆除重建部分损坏的建筑设施，对渡槽排架及基础采取外包C20混凝土加固措施；槽身混凝土老化等缺陷采用环氧砂浆进行补强处理；对原渡槽伸缩缝老化止水带进行拆除，再采用橡胶止水嵌缝加固措施。

3.4.4 倒虹吸管工程设计

倒虹管位于跨遂川江嵩阳桥上，长325m，断面型式为U型，宽1.5m，高1.8m。经复核倒虹吸管过水能力满足设计要求，目前倒虹吸管运行良好，无破损、漏水等现象，但倒虹管与其进口竖井连接段(长4.5m)及出口竖井连接段(长5.5m)处渗漏水严重。该两处倒虹吸管进出口连接段总长10m，为钢筋混凝土矩形箱涵结构，净空断面尺寸1.5m×2m(宽×高)，本次拟对其先采用环氧砂浆抹面补强处理，之后再采用内衬6mm厚钢板防渗处理。

3.4.5 隧洞工程设计

现状建筑物中总干渠井头隧洞(桩号10+500-10+900)自运行以来多次出现坍塌现象，隧洞为城门型衬砌段，断面尺寸1.8×2.1m(宽×高)，两侧墙体为浆砌石衬砌，洞顶为混凝土砌石衬砌，底板为20cm厚混凝土衬砌。目前隧洞前段(桩号10+500-10+730)坍塌处利用灌区维养经费经历次抢修运行较好，但隧洞后段(10+730-10+900)依然坍塌较严重，主要原因为此段地基为砂土，加上地下水较多，渗水较严重，使得隧洞底板上浮，边墙下沉，造成隧洞结构整体遭破坏，从而引起坍塌，造成隧洞淤积严重，过水困难。

本次节水配套改造拟对隧洞后段(10+730-10+900)进行全面拆除重建。具体设计方案为：挖除隧洞出口段上覆土体，土体主要为砂壤土，覆土高度约为17m，将隧洞出口衬砌段全部拆除，后采用30cm厚C25钢筋混凝土箱涵重新浇筑衬砌，净空断面尺寸1.8m×2.1m(宽×高)，新建的隧洞出口箱涵段与隧洞进口城门段间设5m长钢筋混凝土渐变连接段，待新建段混凝土完工后回填土体。同时因隧洞出口挖除段上覆土体顶部有一条混凝土公路，本次改造挖除后对其进行重建，混凝土路面宽10m。

4 结 语

万安县左岸中型左岸灌区节水配套改造工程实施后，使灌区内水源得以保证，灌区现状渠系水利用系数由0.5提高到0.6；将实际灌溉面积2546.67hm2提高到3346.67hm2；增加灌溉效益259.14万元；社会效益和生态环境效益显著。