新疆某骨干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

50团地处塔克拉玛干大沙漠和塔里木盆地西部边缘，叶尔羌河下游，属第三师前海大型灌区的小海子灌区团场之一。团场经济以农业为主，现有灌溉面积 15120hm2，主要种植作物有棉花、冬小麦、瓜果等。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。

2020年，50团申请国家水利发展专项资金，实施骨干工程项目建设，工程主要建设内容：防渗改建干渠1条、支渠27条，总长78.55km，干渠设计流量12m3/s，支渠设计流量 0.2～2.56m3/s，配套建筑物239座，新建砂砾石伴渠路13.22km。工程级别4级。

工程项目实施，可对 50 团骨干渠道进行防渗改建，并配套信息化建设，将有效改善团场灌溉条件，改善灌溉面积 15120hm2；同时提高水资源利用效率，提升灌区管理水平，为灌区经济社会发展提供有力支撑。

2 渠道断面形式比选分析

2.1 衬砌材料分析

根据渠道设计流量、渠道纵坡、沿线工程地质和渠道功能等因素，选用现浇砼板、预制砼板、雷诺护垫3种衬砌材料进行比选。

(1)投资与施工。预制砼板价格最高，且受施工质量影响较大，使用年限不如现浇砼板衬砌；现浇砼板价格便宜，材料适应性强，使用年限长，并且易于施工，便于控制施工质量；雷诺护垫价格最低，施工工艺简单，但受料石材料影响，质量不易控制。

(2)水流条件。项目区地势平坦，纵坡较小，现浇砼板板缝最少水流条件最优；预制砼板板缝较多，且表面平整度受施工质量影响较大，水流条件较差； 雷诺护垫糙率最大，水流条件不佳且易形成挂淤。

(3)防渗效果。雷诺护垫为透水性材料防渗效果最差；预制砼板材料本身具有较好的防渗效果，但板缝较多易形成渗漏，受施工质量影响大；现浇砼板板缝少，受施工质量影响不大，防渗效果最优。

(4)土工布。项目区抗冻垫层的砂砾石料均为破碎料，粗骨料为角砾，尖角多易破坏塑膜，为达到预期防渗效果，采用两布一膜可有效保护塑膜。

3种衬砌方式分析结论见表1。

表1 衬砌材料对比 单位：元/m3

经以上比较分析，50 团骨干工程项目渠道衬砌材料采用现浇砼板衬砌+两布一膜。

2.2 渠道断面形式特点分析

2.2.1梯形断面

(1)断面形式。渠道全断面采用厚度为 8cm的C20 混凝土现浇板衬砌，下铺两布一膜(布 150g/m2、膜厚 0.3mm)，下设厚度为40cm 砂砾石垫层。渠道内坡 1∶1.5，外边坡 1∶1.5。两侧渠堤宽 1.0m，渠道底宽 0.8m，深度 0.85m，流速0.66m/s，渠道开口宽度为 3.35m。如图1所示。

图1 梯形断面(单位：cm)

(2)结构稳定性。渠道结构较为稳定，抗冲刷、抗冻性能一般。

(3)防渗效果。主要为现浇砼板加两布一膜双防渗结构，防渗效果较好。

(4)工程占地。渠道断面较小，占地较小，对渠道两侧树木砍伐较少，有利于生态环境。

(5)工程施工。清废→填筑土方→开挖→砂砾石垫层→两布一膜→现浇砼板→压顶板→完工清理。梯形断面现浇施工工艺简单，施工质量易控制，施工速度较快，工期较短。

(6)水力条件。水流条件一般，抗冻胀性能好。

(7)运行管理。渠道底部为矩形，湿周较大，阻力较大，流速慢、运行一般，易于挂淤堵塞，形成淤积物，给日常运行管理与维护带来不便。

(8)工程投资。渠道工程(不含建筑物)投资为76.9万元/km。

2.2.2弧形坡脚梯形断面

(1)断面形式。渠道全断面采用厚度为8cm 的 C20 混凝土现浇板衬砌，下铺两布一膜(布 150g/m2、膜的厚度为0.3mm)，下设厚度为40cm 的砂砾石垫层。渠道内坡 1∶1.5，外边坡 1∶1.5。两侧渠堤宽 1.0m，渠道平底宽 0.6m，弧底宽 0.8，弧型半径 0.72m，深度 0.90m，流速 0.71m/s，渠道开口宽度为 3.10m。如图2所示。

图2 弧形坡脚梯形断面(单位：cm)

(2)结构稳定性。渠道结构稳定，弧形底方案有利于增强边坡的稳定性，断面结构性如抗冲、抗冻性能较强。

(3)防渗效果。主要为现浇砼板加两布一膜双防渗结构，防渗效果较好。

(4)工程占地。渠道断面较小，占地较小，对渠道两侧树木砍伐较少，有利于生态环境。

(5)工程施工。清废→填筑土方→开挖→砂砾石垫层→两布一膜→现浇砼板→压顶板→完工清理。弧形坡脚需要单独制作弧形模板，施工较平底渠道复杂，而且弧形坡脚处的混凝土振捣不方便，极易造成施工质量缺陷，施工进度较慢，工期较长。

(6)水力条件。水流条件较好，抗冻胀性能好。

(7)运行管理。渠道底部为弧形，湿周较小，阻力较少，流速快、运行通畅，不易挂淤堵塞，维修方便。

(8)工程投资。渠道工程(不含建筑物)投资为74.2万元/km。

2.2.3梯弧形断面

(1)断面形式。渠道全断面采用厚度为8cm 的 C20 混凝土现浇板衬砌，下铺两布一膜(布 150g/m2、膜的厚度为 0.3mm)，下设厚度为 40cm 的砂砾石垫层。渠道内坡 1∶1.5，外边坡 1∶1.5。两侧渠堤宽1.0m，渠道底宽 0.8m，深度 0.87m，流速0.68m/s，渠道开口宽度为 3.15m。如图3所示。

图3 梯弧形断面图(单位：cm)

(2)结构稳定性。渠道结构稳定，弧形底方案有利于增强边坡的稳定性，抗冲刷较强、抗冻性能一般。

(3)防渗效果。主要为现浇砼板加两布一膜双防渗结构，防渗效果较好。

(4)工程占地。渠道断面较小，占地较小，对渠道两侧树木砍伐较少，有利于生态环境。

(5)工程施工。清废→填筑土方→开挖→砂砾石垫层→两布一膜→现浇砼板→压顶板→完工清理。弧形坡脚需要单独制作弧形模板，施工较平底渠道复杂，而且弧形坡脚处的混凝土振捣不方便，极易造成施工质量缺陷，施工进度较慢，工期较长。

(6)水力条件。水流条件一般，抗冻胀性能好。

(7)运行管理。渠道底部为梯弧形，湿周较大，阻力较大，流速慢、运行一般，易于挂淤堵塞，形成淤积物，给日常运行管理与维护带来不便。

(8)工程投资。渠道工程(不含建筑物)投资为75.3万元/km。

2.3 分析结论

通过对梯形断面、弧形坡脚梯形断面、梯弧形断面形式进行对比，从渠道结构形式、结构稳定、防渗效果、工程占地、工程施工、水力条件、运行管理、工程投资方面分析、比较，分析成果详见表2。

表2 断面形式分析成果

综合上述分析成果，最终确定50团骨干工程项目渠道断面形式为弧形坡脚梯形断面。

3 结语

50团骨干工程项目实施中，通过比选、分析不同的渠道断面，最终确定适用的弧形坡脚梯形断面形式，提升了工程质量，降低了投资，便于工程运行管理。上述针对渠道断面形式的比选、分析仅限于渠道衬砌材料相同，设计流量 1.0m3/s左右，均为半挖半填方且纵坡在0.0013左右的支渠中进行，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。