灌区水渠改造工程施工技术应用及效果分析

苗艳丽 裴仁波 王鹏

（1.德州陵城区水利局，山东 德州 253500；2.德州市陵城区上善水务发展有限公司，山东 德州 253500）

0 引言

灌区水渠改造工程是对现有的灌溉设施进行扩建、重建和强化，以提升整个水利系统的产能。这种改造不仅涉及水利设施的改善，还包括建立一个有效的水管理体系，以更好地满足排水、排涝和灌溉的需求，从而支持农业发展。我国许多地区当前面临水资源匮乏的挑战，灌区水渠的改造尤为重要，不仅能提高灌区水资源的综合利用效率，还能通过采用先进的施工技术和设计方案，确保改造工作的高效和高质量完成。本文就灌区水渠改造工程施工技术的应用及效果进行分析。

1 工程概况

案例工程处于某河流支流的下游，灌区长为56km，宽为20km，内部覆盖多个乡镇。主要以闸控制引水，年引水量最大为85m3/s。灌区所处区域属于大陆性季风气候，光照充足，年均降水量可达650mm，地质环境以第四纪岩性为主。总的来看，因年蒸发量（1100mm）超过年降水量，需对此灌区进行改造，以提升引水效率，解决降水量少于蒸发量的问题。灌区水渠基本情况见表1。

表1 灌区水渠基本情况

2 水渠需水量计算及改造方案确定

2.1 水渠需水量计算

经调研，改造区水渠使用浆砌卵石方式衬砌，断面为梯形结构，随着使用时间的增加，断面处出现结构破损，需要重建。在改建工程实施之前，对渠道所需用水量进行分析，并对渠道改建内容进行合理的规划，使之能更好地满足灌区的节水要求。改建工程主干渠不同作物年需水调查结果见表2。

结合表2数据以及水利要求，若实现水资源高效利用需满足水利用系数大于0.95的条件。计算水渠流量的公式为：

式中：η——水利要求灌溉系数；

A——灌溉设计面积；

q——设计灌溉率；

Q——水渠设计流量。

计算水渠净流量和田间净流量的公式为：

式中：Q1——水渠净流量；

A1——水渠控制面积；

Q2——田间净流量[1]。

2.2 水渠改造方案设计

一条全长1330m、设计流量为160m3/s 的水渠由于严重损坏而需进行拆除和重建。该渠道采用梯形圆弧断面和浆砌卵石衬砌设计。由于梯形截面与其它截面形式相比，具有占地面积大、边坡稳定好、对衬料需求小等优点，因此，选用梯形截面，可使施工工艺简单化。在衬砌结构上，采取了浆砌石底、水泥坡面两种衬砌方式。该方案设计的水渠深度为2m，衬砌结构的坡度比为1:1.5，底部宽度为1.5m（如图1 所示）。该设计考虑到了施工的便利性、稳定性和耐用性，具有优越的抗冲刷和防渗性能，由于糙率较高，流速降低，减少了流速摩擦力，从而延长了使用寿命。

图1 水渠衬砌断面图

3 水渠断面施工

水渠沟槽断面混凝土衬砌施工流程：测量放样→粗修整边坡→脚槽混凝土→设计防渗结构→填砂石垫层→模板制安[2]。

（1）测量放样阶段，渠道内侧按间隔100m 放置混凝土桩，测定桩顶高程，构建高程控制网。而后在相邻两根混凝土桩中增加同样尺寸的混凝土桩，便于施工开展。依据工程图，标出中间桩的位置，确定渠道顶部及坡脚之间的坡脚线，并划定整治范围及脚槽面积。

（2）粗修斜坡阶段，在坡脚及顶部按5m 间距设置一排木桩，与水渠轴线平行，测量混凝土标高，红色色粉进行位置标记。使用机械设备粗整修坡面，要求整修前湿润边坡，避免出现扰动渠道堤身土方的情况。整修后压实渠道堤身和回填土，测定压实度满足0.95的要求后进入混凝土配置与浇筑环节[3]。

（3）该工程中将纤维混凝土作为浇筑材料，经测量放线和高程测量作业后，现场拌制纤维混凝土，通过在坡面搭建溜槽作为混凝土入仓通路，采取人工振捣压光的施工方法，实现脚槽混凝土浇筑。

脚槽混凝土浇筑质量与混凝土质量息息相关。该工程在普通混凝土原料中增加塑性纤维材料，取同质量的普通混凝土和不同纤维含量的纤维混凝土进行渗透性变化试验，得到图2 结果。由图2 可以看出，不同纤维掺量的混凝土在养护28d 后的渗透系数分别为6.3× 10-7cm/s、5.8 × 10-7cm/s、5.5× 10-7cm/s、5.3×10-7cm/s，普通混凝土的渗透系数为6.5× 10-7cm/s，普通混凝土的渗透系数明显低于添加纤维材料的混凝土，说明添加纤维材料的混凝土具备良好的抗渗性，能够抑制收缩裂缝产生。

图2 纤维混凝土与普通混凝土的渗透性变化曲线图

（4）处理渠道沟槽过程中，要根据渠道特征和防渗要求采取防渗举措。原水渠属于半填半挖，首先需构建导渗沟，通过开挖沟渠将渗水排出，提高抗剪强度，防止在作业中因渗水影响结构稳定性。针对渗水面积较大的区域，搭建平台形成透水压渗作业平台，并配以灌浆、防渗墙开挖等操作，将截流沟设置在外部[4]。遵从前堵后排的作业原则，并严格控制作业顺序。

（5）将砂石垫层铺设于坡面地面，在经挂线、标高核准后，按照设计铺填厚度，将含泥量低于3%、粒径为20～30mm 的天然级配碎石与中砂混合，铺筑在水渠施工区域。

（6）脚槽模板所应用钢槽材料为Ф14的钢筋，起到固定钢筋桩的作用。运用跳仓法施工，在坡面搭设溜槽。使用小型挖掘机要保证在接近仓面一半位置后整平混凝土，控制整平高度与原混凝土的高度，一般略高于模板即可。伸缩缝以间隔6m 的方式设置，每条伸缩缝的宽度为2cm，使用高压聚乙烯闭孔泡沫板作为伸缩缝基础结构。

4 水渠开挖边坡支护

改建工程中，因引水隧洞进口位置较宽，需对其进行大范围的边坡开挖，从而使新建的边坡变得比原来的大、高。水渠边坡开挖施工是一个关键且复杂的工序，同时也是安全事故最易发生的环节，因此，为了防止地表变形或塌陷导致作业面坍塌事故，主要采取的防护措施包括设置排水沟、实施边坡支撑或建立挡土墙，确保边坡的稳定性和施工安全。

4.1 边坡支撑防护措施

（1）挡土墙。挡土墙主要功能是提供保护，防止土壤和岩石松动。为了有效地发挥其作用，挡土墙的高度需要超过作业面的宽度和深度。

（2）排水沟。为了实现有效排水而设置排水沟，通常位于开挖深度超过20m 的区域。排水沟的具体位置一般位于开挖深度5m以下，且其宽度应超过30m，以确保水流可以顺畅排出。

（3）支撑设置。水平支撑用于加强土体侧面的结构稳定性，一般设置在开挖深度3～5m的地方，并沿坡脚设置适当长度。根据需要，竖向支撑的间距通常不超过50m。

（4）斜坡支护。斜坡支护一般应用于30～50m 的基坑开挖，以确保边坡的稳定。竖向支撑一般不大于2m。边坡支护体系的设计主要依赖于坡脚开挖的坡面，一般为1:2～1:3，即每一坡面仅有一座支挡结构面。

4.2 各支护措施的现场布置

（1）挡土墙的设置。基于现场具体条件，挡土墙可依据一定的倾斜度进行外部布置。为确保其功能性，挡土墙需与坡面保持直线且顺畅的连接。需注意的是，在墙底或边缘开孔时，必须保证结构的完整性，以防止影响挡土墙的正常功能。

（2）挡土墙与排水沟的结合。两者应通过宽度不少于1m 的盖板连接。每隔5m 设有至少60cm 孔径和100cm 深度的排水孔。排水沟的深度通常在30～50cm，至少不少于40cm。

（3）排水孔的封堵。应用土壤或混凝土填充并密封排水孔，避免使用水泥砂浆或钢筋混凝土。以防止雨水流失，以维护挡土墙的使用寿命。总体目标是保证挡土墙在施工过程中的稳定和功能，同时考虑有效排水需求，保护结构不受水害。

4.3 施工安全监测

为了确保施工安全，施工现场每个作业区域都应明显标出围岩安全监测点，以实现对围岩稳定性的即时和准确监控。全方位的围岩动态监测是为了确保每个作业面及其各个施工阶段的安全与稳定。对于监测过程中发现的任何问题，都应及时处理，以保证监测工作的正常运行和有效性，实现对施工环境的全面监控，确保施工期间的安全性。

5 结束语

综上所述，该灌区水渠改造项目引入多种施工技术实施改造，综合灌溉水利用系数提升为0.97，满足超出0.95标准的要求，符合灌区水渠改造要求。本次改造不仅提高了灌区水资源的综合利用效率，还通过采用先进的施工技术和设计方案，确保了改造工作的高效和高质量完成，并有助于该灌区建立一个有效的水管理体系。