浅谈毛卜喇村九社支渠渠道改建工程设计

鲁 刚

（永昌县四坝水利管理处，甘肃 永昌 737200）

0 引言

毛卜喇村九社支渠改建之前为未衬砌的土渠，由于多年的运行，水流对渠道的冲刷特别严重，渠道及配套设施破烂不堪。在农业灌溉时节，不仅对水资源造成严重浪费，还会对土渠沿线部分耕地造成严重的冲刷侵蚀，使沿线生态环境受到威胁[1]，还不利于渠道沿线水土的保持[2-3]。因此，加快对毛卜喇村九社支渠的改建非常重要且迫切。

1 工程概况

毛卜喇盆地位于金昌市南西28km，盆地东西长22km，南北宽14km，总面积268km2。毛卜喇村九社支渠就位于该盆地中。支渠改建设计的主要任务是在原有渠道的基础上，本着填挖平衡，裁弯取直的原则，对渠道进行改建设计；希望通过改建现有渠道，改善原有渠道的输水效率，提高渠道水力通行能力，减少水土流失。本次工程改建渠道长度0.955km（桩号：23+185～24+180）。

2 工程地质条件

渠道沿线区域地层的上层为冲洪积土或黄色粉质黏土，厚度约0.2～0.6m，下层为冲洪积相砂砾石层，层厚数十米至几十米，呈青灰色，干燥，结构稍密～中密，局部具轻微泥钙质胶结。砂砾石层中的砾石成分以砂岩、片岩、石英岩、灰岩、花岗岩为主，磨圆度较好，呈次圆、次棱角状，一般粒径为0.5～4cm，最大粒径为15cm，无层理，无分选。渠基不存在地下水影响，砂砾石渠基具弱冻胀、强透水、承载力较高的工程特性；土质渠基具冻胀、弱透水、承载力低的工程特性。

3 改建渠道设计

3.1 流量与纵坡设计

3.1.1 流量设计

依据项目区灌溉制度和渠道控制面积核算本次改建渠道流量，并以此流量作为本次改建渠道的设计流量。

本次计划改建渠道控制面积较小，按现状灌溉制度斗渠采用轮灌方式，渠道最大过水量依据公式（1）进行计算。

式中：

Q——渠道设计流量，m3/s；

∂——主要作物的种植比例，取1%；

m——主要作物用水高峰期的最大灌水定额，综合灌水定额m=115m3/亩；

T——灌水延续天数，取2d；

t——每天灌水小时，取24h；

A——渠道灌溉面积；

η——灌溉水利用系数，干渠以下取0.53。

带入参数计算可得Q=1.18m3/s，取设计流量Q=1.2m3/s。因此按过水流量1.2m3/s进行断面设计复核。

3.1.2 纵坡选择

根据现场实测情况和地形条件，改建后的渠道仍沿着原渠走向，对纵坡采用基本坡度不变，本着挖填平衡、裁弯取直原则进行设计。毛卜喇村九社支渠设计纵坡为1/67～1/236，纵坡设计满足渠道运行中不冲不淤的流速要求。

3.1.3 流量复核

渠道流量复核采用公式（2）进行计算。

式中：

Q——渠道流量，m3/s；

A——过流断面，m2；

C——谢才系数，C=（n为渠道糙率）；

R——水力半径，m；

i——渠道纵坡，%。

经表1中的计算结果显示，根据拟定断面过流能力复核，在不同纵坡条件下设计断面均能满足过流要求，说明改建断面设计合理。

表1 断面流量复合计算结果

3.2 衬砌型式及材料选择

根据灌区实际条件，选择采用平底梯形断面，对于衬砌材料的选择，本次提出浆砌石和混凝土两种衬砌材料进行比选。

方案一（见图1所示）：C25细粒砼砌块石衬砌，衬砌厚度为：渠底取30cm，渠坡为20～30cm(坡顶～坡脚)。渠基下布设砂砾垫层，渠底厚35cm，渠坡厚25～35cm(坡顶～坡脚)。不设置伸缩缝，渠道设计渠底宽0.5m，渠深0.8m,边坡1∶1。

图1 渠道衬砌方案一

方案二（见图2所示）：现浇C25砼衬砌，衬砌厚度渠底取12cm，渠坡取10～12cm(坡顶～坡脚)。渠基下布设砂砾垫层，渠底厚50cm，渠坡厚40～50cm(坡顶～坡脚)。渠道每3m设置一道横向伸缩缝，缝宽2cm，采用聚乙烯泡沫板夹缝，双组份聚氨酯密封膏填缝。渠道设计底宽0.6m，渠深0.7m，边坡1∶1。

图2 渠道衬砌方案二

各方案优缺点比较如表2所示。

表2 渠道衬砌方案比较

综合比较以上方案，考虑到方案二防渗效果较好，过流能力佳，且建筑材料当地就有产出，加之工期较短，所需劳动量较少，故设计时采用方案二作为推荐方案，即C25F150W6砼现浇衬砌。

3.3 伸缩缝设计

项目所建支渠每3m设置横向伸缩缝一道，伸缩缝缝宽2cm，填充材料自下而上依次为聚乙烯泡沫板、双组份聚氨酯密封膏，伸缩缝可以起到止水及弹性伸缩的作用。

3.4 抗冻胀设计

项目区海拔较高，冰冻期较长，渠道冻胀破坏比较严重。依据现行标准中衬砌渠道的允许冻胀变形量及项目区地基土冻胀量，需对改建渠道采取抗冻胀措施。由于本渠道工程采用梯形进行建设，在考虑冻胀量计算结果和现场施工条件后，决定采用置换砂砾石垫层的方法进行抗冻胀处理。考虑到渠道整体的受力作用，垫层不易过厚。虽然冻深在阴、阳坡面有差别，但是考虑施工便利因素，本次设计置换层不区分阴、阳坡，根据近年渠道建设经验和计算砂砾石垫层置换深度确定本次改建渠道设计垫层置换厚度：渠底50cm，渠坡40～50cm。置换层砂砾石级配要求：平均粒径d50=10～20mm，最大粒径不超过100mm，含泥量（d<0.075mm）不大于5%。

4 结束语

本文以毛卜喇村九社支渠改建渠道工程为例，对渠道流量与纵坡设计、衬砌型式及材料选择、伸缩缝设计和抗冻胀设计进行了详细分析。将该设计运用到渠道实际改建中取得了较为良好的建设效果，且所有设计参数都满足相关要求。渠道改建和原有渠道之间关系密切，不可脱离原有渠道实际条件开展改建设计，改建设计方案应按照原有渠道实际状况进行编制。此外，在输水量适宜的情况下尽可能扩大工程规模，满足长远用水需求，同时也要考虑有效减少工程造价。