小型农田水利工程渠道断面形式比选分析

张 龙

(新疆生产建设兵团第六师五家渠市水政监察支队，新疆 五家渠 831300)

1 工程概况

新疆生产建设兵团第六师106团地处天山北麓呼图壁河下游冲积平原上的古尔班通古特沙漠的南缘，海拔为365～379m。106团现有土地总面积25.93万亩，主要种植作物有棉花、冬小麦、油料、瓜果、蔬菜等。由于团场农业灌溉渠系防渗不完善，渠系水利用系数较低，农业生产发展受到极大限制，农业生产效益较低、职工收入增长缓慢。

2017年，106团申请国家水利发展专项资金，实施团场农田水利设施补助工程建设，其主要建设内容是对106团一连、二连、四连、六连、七连、八连6个连队21条斗渠、6条农渠进行防渗改建，总长26km，设计流量为0.1～0.25m3/s，配套建筑物31座。工程项目属于IV等小(2)型工程。

工程项目的实施，可以减少渠道的输水损失，大大提高团场渠系利用率和安全系数，改善7850亩耕地灌溉输水条件，配套完善水利基础设施，为团场农业可持续发展打下坚实的基础，对改善团场职工群众生活水平具有重要意义。

2 渠道断面形式比选分析

2.1 水力计算分析

106团现有灌溉渠道中的斗渠、农渠主要以土渠为主，部分为20世纪90年代修建的预制板渠道，现已破损严重，渠道内淤积较为严重，渠道上口两侧树木比较多。项目实施阶段，根据地形地质条件、施工条件、工程投资等方面的综合分析，在已知渠道流量和纵坡的条件下，从水力条件、技术、施工及运行管理等方面对渠道横断面形式中梯形断面、U形断面和装配式矩形断面3种断面进行比较，最终确定渠道合理断面形式，优化设计方案，提升工程效益。

在比选中，结合渠道现状和设计方案中流量、纵坡等特性，在渠道流量为0.2m3/s，纵坡为0.00129的情况下，分别选择渠深为57cm的梯形渠，D80的U型渠，UJ800装配式矩形渠进行水力计算，得出各断面的相关水力要素参数。各断面的水力计算结果见表1。

通过表1水力计算比较，在同等的流量及纵坡条件下，梯形断面渠道水深较小，U形断面渠道水深较大，装配式矩形断面渠道水深居中，不同断面形式渠道流速基本相同。

2.2 渠道断面形式特点分析

2.2.1梯形断面

(1)整体结构

梯形断面渠道的内边坡比为1∶1.5，梯形渠防渗衬砌材料为砼预制板，渠道结构较为稳定，容易发生冻胀变形。

(2)防渗效果

梯形渠的防渗主要采用砼板加塑膜双防渗结构，由于砼预制板的宽度为0.5m，砼预制板之间的接缝较多，防渗主要以塑膜为主，防渗效果一般。

(3)砼强度等级

梯形渠砼预制板强度等级为C20。

(4)工程占地

梯形断面较大，工程占地较大，需要对渠道两侧树木大面积砍伐，不利于生态环境。

(5)工程施工

施工各工序控制，渠道清废→土方填筑→渠道开挖→风积沙垫层→0.3mm聚乙烯塑膜→砂浆找平→预制板铺砌→压顶板→完工清理。由于各道工序施工内容较多，施工所用时间较长。

(6)水力条件

水力条件一般。

(7)运行管理

运行管理中维修方便，且当渠道纵坡较缓时，渠道内的淤积物便于清理。

(8)工程投资

单位每公里投资为30万元(不含建筑物)。

梯形断面形式如图1所示。

图1 梯形断面图(单位：m)

2.2.2U形断面

(1)整体结构

由于本地区的U形断面渠道采用砼预制板衬砌，U形断面由2块砼预制板拼接而成，破坏了其整体结构，因此U形断面的整体性结构较差，抗冻胀性能较差，冻胀破坏严重，同时当渠堤受到外力的挤压时渠道断面也容易变形，严重影响渠道的过流能力。

(2)防渗效果

U形断面的防渗形式为砼预制板加塑膜双防渗结构，砼预制板的宽度为0.5m，砼预制板之间的接缝较多，防渗主要以塑膜为主，防渗效果一般。

(3)砼强度等级

U形断面砼预制板的强度等级为C20。

(4)工程占地

U形断面较小，工程占地较少。

(5)工程施工

施工各工序控制，渠道开挖→风积沙垫层→0.3mm聚乙烯塑膜→U形砼预制板安装→土方回填→压顶板→完工清理。U形断面的施工质量不易控制，当渠道土方回填压实达不到设计要求时，U形断面容易发生变形，施工进度较快。

(6)水力条件

水力条件较好，近似水力最佳断面。

(7)运行管理

运行管理中需定期对变形的断面进行维修，当渠道纵坡较缓时，渠道内的淤积物不便清理。

(8)工程投资

单位每公里投资为18.8万元(不含建筑物)，投资较小。

U形断面形式如图2所示。

图2 U形断面图(单位：m)

2.2.3装配式矩形断面

(1)整体结构

由于装配式矩形渠道采用整体预制，每2m一节，渠道整体性结构较好，在受到外力时不易发生变形，因此装配式矩形渠道不易发生冻胀变形，抗冻胀性能较好。

(2)防渗效果

由于装配式矩形渠道为整体预制砼结构，每2m一节，缝内材料做比较方案。

方案一：高压闭孔板+聚氨酯。先在缝内填高压闭孔板，上部再用2cm聚氨酯封口。

方案二：遇水膨胀止水胶条。两节矩形槽之间用遇水膨胀胶条连接。

上述两个方案从投资、优缺点进行比较，结果见表2。

表2 填缝材料方案比选表

通过方案比较，方案一虽然投资较大，但韧性好、耐老化，效果较好，使用广泛。方案二虽然投资较小，但其易松动脱落，影响止水效果，本次选择方案一，每节预制砼构件之间采用高压闭孔板加聚氨酯作为渠道填缝材料，底部高压闭孔板，上部聚氨酯2cm，达到防渗的效果。因此，装配式矩形渠道不用铺设防渗塑膜，防渗效果较好。

(3)砼强度等级

装配式矩形渠道的预制砼构件强度等级最低为C35。

(4)工程占地

装配式矩形断面较小，工程占地较少。

(5)工程施工

施工各工序控制，渠道开挖→风积沙垫层→矩型预制砼板安装→土方回填→完工清理。装配式矩形渠道的施工质量容易控制，当渠道土方回填压实达不到设计要求时，渠道断面不易发生变形。施工进度较快。

(6)水力条件

水力条件较好，近似水力最佳断面。

(7)运行管理

渠道不易发生变形，运行管理方便，且当渠道纵坡较缓时，渠道内的淤积物便于清理。

(8)工程投资

单位每公里投资为25万元(不含建筑物)。

装配式矩形断面形式如图3所示。

图3 装配式矩形断面图(单位：m)

2.3 结论

通过对比梯形断面、U形断面、装配式矩形断面形式，从渠道整体结构、防渗效果、砼强度等级、工程占地、工程施工、水力条件、运行管理、工程投资方面进行分析比较，分析成果详见表3。

表3 断面形式分析成果表

综合上述分析成果，最终确定106团小型农田水利工程渠道断面形式采用装配式矩形断面。

3 结语

新疆生产建设兵团第六师106团水利基础条件薄弱，在小型农田水利工程项目实施中，通过优化渠道断面结构形式，提升了工程质量，降低了投资，便于工程运行管理，进而改善了团场农业灌溉输水条件，对改善团场职工群众生活水平具有重要意义。在项目建设中对梯形断面、U形断面、装配式矩形断面形式进行比选分析，这仅限于在小型农田水利工程中设计流量在0.3m3/s以下，且纵坡在0.001以下的斗渠或农渠适合采取装配式矩形断面形式。非上述情况的渠道断面形式还需结合实际重新论证、分析，最终确定渠道最佳断面形式。