高标准农田建设中灌排沟渠施工技术要点分析

李洪祥

(广昌县水利局,江西 抚州 344900)

0 引 言

高标准农田的建设对于保障国家粮食安全具有重大意义,同时也是促进农民增产增收有效手段[1]。由于我国幅员辽阔,一些地区的农田建设过程中,依然存在基础设施建设薄弱以及相关配套不完善情况[2-3]。在高标准农田项目建设中,通过建设科学合理的灌溉渠道调节农田水分状况,有效解决农田干旱情况,确保农业稳定、健康的发展[4]。农田灌溉、排水使用沟渠的位置选择、工程建设的质量会直接影响相农业生产工作的水平。因此需确保工程布置、规划设计、施工组织工作的科学合理性,有助于实现农田项目效益的最大化[5]。如根据不同的气候条件,采用灌排两用地下节水技术,提高农田灌溉排水工程的水分利用率,弥补灌溉技术不足的问题[6]。采用动态规划布局法,根据形状参数进行渠道断面设计,确定最佳的水利断面,采用改进的渠道断面设计施工方法等[7]。文章结合某地区高标准农田水利建设实际施工状况,针对灌排沟渠整体布局,渠道施工防渗、环保等关键施工技术方案进行分析研究。

1 项目基础情况

灌区由1条长18.26km总干渠,8条分干渠构成。主干渠由南向北从灌区中部穿过,通过桥、涵闸进入东西侧7条分干渠。游标地表水置换地下水灌溉需求,灌区采用湖水为水源,通过建立的新和总干进入到研究区。研究区为灌排两用渠道,四分干渠,下布设三个支渠,二、三支渠为灌排两用渠道,灌溉与排水流向同向。田间渠道由10 条斗渠、60 条农渠组合而成。

2 渠系施工的关键技术

2.1 灌溉渠道

灌排沟渠的施工过程应当根据地区地质、地形和水文条件,力求布局简单、合理,尽可能减少施工量,实现经济效益的最大化,要做到灌、排水渠的统一规划、布局,便于施工管理作业[8]。

在进行土埂的填筑作业时,采用分层压实法进行土埂填筑,根据渠道坡降放样,采用开沟机开挖土沟,充分考虑预制渠道构建参数,避免存在位置不合理情况,保证渠道底部土体处于夯实状态,确保灌溉排水渠道性能良好。土方开挖工作完成后,放置预制构件,保证渠底坡度符合设计要求,再放置U型水泥预制构件。预制构件放好后用木槌夯实预制构件外侧两边回填土,采用300号砂浆勾缝渠沟内预制件连接处,固结10d后,进行渠道灌水,用细沙填满空隙固结20d后进行第二次夯实。

2.2 两用沟渠施工

排水沟选用 U7500×800×35型预制槽,自流排水形式。施工过程与灌区相似,主要控制渠首底高程在田间以下70cm,渠底纵坡范围1/3000～1/5000,为防止地下水位过高产生渍害,除利用排水沟排水外,还应利用渍口埋设使地下水位得以降低。农田排水浇灌工作应用的渠道参数为U820×950×35,控制渠首底高程在田面以下 65cm,并埋设渍口。

3 渠道防渗能力施工技术

护坡作为渠道堤防的一部分,控制着周边地下水位,防止渠道淤积、侵蚀和塌陷[9]。灌排两用型渠道具有水流动速度快的特征,渠堤极容易造成严重损毁。灌排沟渠上影响渠道输水安全的工段,包括村庄段、迎流顶冲段、堤基分布细沙段均需进行坡面衬砌处理。

3.1 衬砌结构方案比选

根据渠道坡面的防冲、防渗要求、衬砌材料不同,确定以下3种比选方案:①模料与预制混凝土空心砖的结合应用;②现浇混凝土护面;③预制块护砌。不同衬砌方案性能比较如表1所示。

比较3种方案的性能特征,采用方案一具有生态环保性好,维修养护方便的优点,但在耐久性和防渗性能和水利条件方面较为一般,且工程的一次性投入高;方案二具有优异的耐久性、防渗性以及水利条件,且工程一次性投入低,工程寿命长,但是整体工程的施工维护难度最大,需要较高的技术含量;方案三的优点是耐久性和工程寿命优异,维修保养、防冲性和防渗性、水利条件良好,但对生态环境的破坏性影响较大。

工程项目需要考虑到汛期即灌溉期渠道内岸坡的耐久性和安全性,对衬砌材料的抗冲性和耐久性要求高,为保证灌区自留灌溉面积需求,要求严格控制水头压降,并尽量减低灌排沟渠对生态环境的破坏。因此,综合考虑,第三方案内容相对优秀,决定使用其完成护坡工程。

开展护坡砌砖预制工作时,需要满足《堤防设计规则》的标准,确定预制块混凝土的厚度为0.096m,根据工程实践经验和施工技术能力,在符合规范要求下尽量降低安装难度,由于干渠位置中时常与水发生接触,因此选用厚0.12m、C20类型的预制连锁砌块材料;时常遇水区域、规划开展灌溉区域的区域、洪水区域采用厚0.1的工字型连锁砌块材料,以此完成生态护坡的建设。

为避免水流掏空坡脚,保障河岸稳定,要求确定设计洪水位下不同部位冲刷深度[10]。根据《堤防设计规则》计算护岸工程冲刷深度。设计洪水为20a一遇,其中平顺岸坡段选择两个典型断面,迎流顶冲部位选择三个典型断面,计算各渠道冲刷深度hs如表2所示。

表2 冲刷深度成果表

综上所述,本次工程迎流顶冲段坡脚冲刷深度范围在0.352～0.382m间,存在明显的冲刷现象,因此设置埋深0.5m的镇脚来防止冲刷。

3.2 灌排沟渠生态化设计施工

灌区灌排沟渠通过串联河流、农田、山塘等,创建出水体内部的优良的生态环境,充分吸取部分水内存在的有害物质,净化水体,相应生物具有较好的生存、发育空间。农田灌溉排水沟渠具备涉及流域广泛的特征,由于该方面因素影响,使内部生物网络具备多元化特点,一方面,引水灌溉沟渠与周边地下水连接,优化了动植物成长的生态环境,外部环境也得以改善,另一方面,灌排沟渠区域多样性的生物种类,能够完成生活、生产污染的有效降解、缓冲[11]。根据灌排沟渠农田、山塘、水库的相互关系和作用,结合灌区实际,建立灌区灌排沟渠生态化技术。

3.2.1 植物生长防渗砖块堆砌

面对地质条件相对较差的区域时,农田灌排沟渠施工中需确保水体资源的高效利用,因此应重视“防渗”工作展开力度,以往使用的混凝土材质的砌砖渠道主要采用“三面光”的设计方式,虽然满足了防渗要求,但难以创造适宜生物的生长环境,使得渠道内生态完整性遭到破坏,渠道缺乏自净能力。采用植生型防渗砌块衬砌渠道方案。通过在下部布置方形混凝土防渗板,板铺设“#”形无砂混凝土隔板,形成植物种植区,并前后分别设置凸块和凹槽,有效保障渠道正常输水。当砌块内种植植物,一方面生物吸收水体中富含的氮、磷等营养物质,净化水质,同时水生植物在生长发育环节内还会在砖体表面制造生物膜,依据其合理使用,可在吸附、异化作用影响下完成水体的净化工作。

3.2.2 混凝土材料堆砌渠道生态带设计

进行混凝土防渗衬砌时,需要对混凝土衬砌进行生态处理。例如:一定距离内完成横向植草生态带安置工作,使其与渠道堤上方紧密连接,确保内外形成生态通道;还可在水面线连接良好的情况下,适当拓宽渠道断面,通过人工设置鱼巢,在渠内坡一定高度种植人工植草,进行生态带设计。

3.2.3 生物砖排水沟生态设计

生物砖砌筑排水沟技术具有结构稳定、施工便捷,造价低廉的特点,又有利于生态系统复原。展开渠道防渗区域堆砌、土工布(膜)防渗处理结合工作时,需在底部、壁部使用M7.5类型水泥砂浆材料完成生态砖砌筑任务,接着在底提前留出的种植孔洞栽种水芹、壁部种植孔种植黑麦草,使其吸收、降解氮、磷营养物,降低水体富营养化程度,净化水质。

4 结 论

灌排渠道系统是建设高标准农田项目中重点内容,科学合理规划灌排渠系施工布置工作,在提升整体经济性、强化生态环境保护力度上具备至关重要的作用。结合某一高标准农田项目建设工程,获得的研究结果有:

1)针对灌排沟渠施工填筑土埂、放 U 型槽、回填勾缝等施工关键技术进行分析,综合经济性、环保生态、施工难度等角度进行渠道防渗方案比较,选择预制块护砌为最优方案。

2)从生态环境保护角度进行灌排沟渠的设计,通过采用植生型防渗砌块衬砌、设计混凝土衬砌渠道生态带、和生物砖排水沟,建立灌排渠道生态化系统。然而目前灌排沟渠主要集中在农村地区,面广量大,施工难度大,因而给农村灌排沟渠施工带来困难,后续应重点从施工技术简便化,减低施工成本方面来进行技术优化。