岳小松 (江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊(duì)，江西南昌 330001)

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土地整治項(xiàng)目灌溉渠道襯砌方案經(jīng)濟(jì)比選研究

岳小松 (江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊(duì)，江西南昌 330001)

灌溉渠道是農(nóng)田重要的基礎(chǔ)設(shè)施，而渠床滲漏是渠系水量損失的主要途徑，渠道襯砌可減少渠床滲漏損失，提高灌溉效益。不同的襯砌方案效益各不相同，通過對相同流量、不同斷面和不同襯砌方式的渠道進(jìn)行單價(jià)分析，考察較適宜的襯砌方案。結(jié)果表明，3種斷面中梯形斷面渠道單價(jià)最低；矩形斷面渠道單價(jià)次之，U型斷面渠道單價(jià)最高。5種襯砌方式中，梯形斷面邊坡預(yù)制渠道單價(jià)最低，預(yù)制U型槽單價(jià)最高。

梯形斷面；矩形斷面；U型斷面；現(xiàn)澆；預(yù)制；磚砌

在渠道輸水過程中，有水面蒸發(fā)、渠床滲漏和閘門漏水等水量損失，其中，渠床滲漏損失占渠系水量損失的絕大部分。為了減少滲漏損失，提高渠系水利用系數(shù)，采取渠道襯砌的工程措施。襯砌后的渠道不僅可以減少渠床滲漏損失，節(jié)省灌溉用水量，提高渠床的抗沖刷能力，防止渠道邊坡坍塌，增加渠床的穩(wěn)定性，而且可以減少渠床糙率系數(shù)，加大渠道流速，提高渠道輸水能力；同時(shí)，渠道襯砌又可以防止渠道長草，減少泥沙淤積，節(jié)省工程維修費(fèi)用，降低灌溉成本，提高灌溉效益。

近年來，隨著國家對土地整治工程重視程度加大，對工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求也不斷提高，明確要求大力推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并規(guī)定基礎(chǔ)設(shè)施使用年限不低于15年[1]。灌溉渠道是農(nóng)田主要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，渠道選用何種斷面形式、采用何種襯砌方式，與項(xiàng)目的資金投入息息相關(guān)。這不僅是設(shè)計(jì)單位，更是業(yè)主和施工單位關(guān)注的內(nèi)容。因此，對灌溉渠道襯砌方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選的研究有重要意義。

1 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

1.1 梯形和矩形斷面渠道設(shè)計(jì)梯形和矩形斷面的渠道根據(jù)設(shè)計(jì)流量，按照明渠均勻流公式[2]采用試算法進(jìn)行計(jì)算。

1.2 U型渠道斷面設(shè)計(jì)U型斷面水力計(jì)算的主要任務(wù)是根據(jù)已知渠道設(shè)計(jì)流量Q、渠床糙率系數(shù)n和渠道比降i，求圓弧半徑r和水深h，以及確定斷面的上口寬B和襯砌渠槽高度H。

根據(jù)明渠均勻流公式，可得到圓弧半徑r，計(jì)算公式見下式[2]：

式中，Nα為直線段外傾角為α?xí)r的系數(shù)，α=0時(shí)的系數(shù)用N0表示;θ為圓心角。為了保持圓心以上的水深與α=0時(shí)相同，Nα與N0應(yīng)遵守Nα=N0+sinα的關(guān)系。N0與圓弧半徑r、直線段的外傾角α的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系見表1。

表1 U型渠道斷面尺寸經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

渠道水深h、圓弧段高度h1及圓弧以上的水深h2：

h=r(Nα+1-sinα)

h1=r(1-sinα)

h2=h-h1

襯砌渠槽高度H:

H=h+a1

上口寬B:

B=2{rcosα+[H-r(1-sinα)]tgα}

式中,a1為渠道襯砌超高，其值同渠堤超高a以及加大流量的關(guān)系可參考表2。

表2 U型渠道襯砌超高和渠堤超高值

Table 2 Empirical relationship of U-shaped channel section size

加大流量Increaseflowm3/s渠道襯砌超高(a1)Superhighlining∥m渠堤超高(a)Superhighvalueofcanalbank∥m<0．50．10～<0．150．20～<0．300．5～<1．00．15～<0．200．30～<0．401．0～<10．00．20～<0．350．40～<0．6010．0～<30．00．35～<0．500．60～<0．80

校核渠道流速：襯砌渠道不沖流速不超過2.0 m/s，不淤流速一般不小于0.3 m/s。

2 渠道襯砌方案

渠道襯砌措施有土料防滲、砌石防滲、磚砌防滲、混凝土襯砌和瀝青材料防滲等。土地整治項(xiàng)目中渠道常用的防滲措施有混凝土襯砌和磚砌。常用的斷面形式有梯形、矩形和U型斷面，每種斷面常用的襯砌方案有所不同。由于不同的襯砌方案都有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此合理選取渠道的斷面和襯砌方式尤為重要，這就需要對不同斷面對應(yīng)的不同襯砌方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，造價(jià)最低的可以優(yōu)先選取。

2.1 梯形斷面梯形斷面的渠道常用的襯砌方案有2種：一是渠道底板、邊坡和壓頂均采用混凝土現(xiàn)場澆筑(以下簡稱“現(xiàn)澆梯形渠道”)，二是渠道底板和壓頂采用混凝土現(xiàn)場澆筑，邊坡采用預(yù)制混凝土板襯砌(以下簡稱“邊坡預(yù)制梯形渠道”)。方案1優(yōu)點(diǎn)：灌水方便，防滲效果好，不生雜草，減少淤積，便于養(yǎng)護(hù)管理，經(jīng)久耐用，且施工和布設(shè)不受地形限制；缺點(diǎn)：占地面積較大，需要現(xiàn)場攪拌混凝土，支模板，養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)場施工比較麻煩。方案2的優(yōu)點(diǎn)：一方面便于施工，邊坡采用預(yù)制板襯砌，不需要支護(hù)模板，另一方面也便于后期維護(hù)管理；缺點(diǎn)是預(yù)制板預(yù)制受天氣影響，且不方便運(yùn)輸。

2.2 矩形斷面矩形斷面的渠道常用的襯砌方案有2種：一是渠道底板、邊墻和壓頂均采用混凝土現(xiàn)場澆筑(以下簡稱“現(xiàn)澆矩形渠道”)，二是渠道底板和壓頂采用混凝土現(xiàn)場澆筑，邊墻采用標(biāo)準(zhǔn)磚襯砌(以下簡稱“邊墻磚砌矩形渠道”)。方案1的優(yōu)缺點(diǎn)同現(xiàn)澆梯形渠道。方案2的優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低廉、取材方便、施工技術(shù)簡單、糙率小、防滲效果較好，且布設(shè)不受地形限制，襯砌后外觀觀感好，便于維修；缺點(diǎn)是只能采用矩形斷面。

2.3 U型斷面U型斷面渠道一般采用預(yù)制混凝土襯砌。其優(yōu)點(diǎn)：具有較大的輸水能力，占地面積小，施工便利，工期短，防滲效果好；缺點(diǎn)：單位造價(jià)較高，后期維修比較困難。

3 實(shí)例分析

以某地區(qū)某月份的造價(jià)信息為依據(jù)，采用智多星軟件計(jì)算不同方案的渠道單價(jià)，最終確定最優(yōu)的襯砌方案。某土地整治項(xiàng)目有一條長約200 m的斗渠，已知設(shè)計(jì)流量0.21 m3/s，比降1/1 000，襯砌后渠床糙率取0.017。為了節(jié)約用地和方便施工，梯形渠道邊坡系數(shù)取0.5。采用明渠均勻流公式試算法確定梯形和矩形斷面渠道的尺寸，見表3。U型渠道根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)r=60～80 cm，查表1，選擇α=10°,N0=0.3，則Nα=0.47。經(jīng)計(jì)算，U型渠道的圓弧半徑為0.38 m。由于預(yù)制廠家沒有相應(yīng)規(guī)格的U型槽，因此選用半徑為0.40 m的預(yù)制U型槽，計(jì)算與選用斷面尺寸均見表4。由表3和表4可知，梯形斷面渠道流速0.67 m/s，矩形斷面渠道流速0.64 m/s，U形斷面渠道流速0.69 m/s，3種斷面流速均滿足不沖不淤的流速要求。

表3 矩形、梯形斷面渠道橫斷面尺寸

表4 U型渠道計(jì)算及選用斷面尺寸

按照《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL18—2004)的規(guī)定，現(xiàn)場澆筑混凝土適宜厚度6～12 cm，預(yù)制鋪砌混凝土適宜厚度4～10 cm。通過走訪群眾并深入施工現(xiàn)場了解，最終確定現(xiàn)澆混凝土邊坡、底板和壓頂均厚10.0 cm，預(yù)制混凝土板厚6.0 cm，標(biāo)準(zhǔn)磚襯砌厚12.0 cm，預(yù)制混凝土U型槽厚4.5 cm。所有渠道渠底均鋪設(shè)粗砂墊層，厚6.0 cm，現(xiàn)澆部分每隔5 m設(shè)置一寬2.0 cm的伸縮縫，縫內(nèi)采用瀝青木板填充。另外，矩形斷面磚砌渠道在邊墻內(nèi)側(cè)采用M7.5水泥砂漿抹面，厚2.0 cm。渠道混凝土強(qiáng)度等級C15，標(biāo)準(zhǔn)磚強(qiáng)度等級MU10。為了便于施工，開挖線從粗砂墊層邊界向兩邊加寬10.0 cm，開挖邊坡比1∶0.5。為了便于灌溉用水能順利地流入田間，堤頂高出田面0.5 m，為方便農(nóng)戶田間通行，堤頂寬度取0.5 m[3]。渠道結(jié)構(gòu)見圖1～5。假設(shè)同一斷面、同一襯砌方式的渠道不同樁號開挖量相同、回填量均相同，計(jì)算出各個(gè)斷面、不同襯砌方式的渠道每米工程量，見表5。

注：圖中數(shù)據(jù)單位均為mm。

注：圖中數(shù)據(jù)單位均為mm。

注：圖中數(shù)據(jù)單位均為mm。

以財(cái)綜[2011]128號文為依據(jù)，采用《江西省造價(jià)信息》2016年第4期分宜縣的材料價(jià)格，運(yùn)用智多星軟件進(jìn)行計(jì)算，從而得出不同斷面、不同襯砌方式的渠道單價(jià)，見表6。

注：圖中數(shù)據(jù)單位均為mm。

注：圖中數(shù)據(jù)單位均為mm。

表5 渠道每米工程量

表6 不同斷面渠道單價(jià)

由表6可知，3種斷面渠道單價(jià)由小到大排序依次為梯形斷面、矩形斷面、U型斷面，3種斷面不同襯砌方式的渠道單價(jià)由小到大排序依次為：邊坡預(yù)制梯形渠道、現(xiàn)澆梯形渠道、邊墻磚砌矩形渠道、現(xiàn)澆矩形渠道、預(yù)制U型槽。

4 結(jié)論

該研究采用明渠均勻流公式將同一流量的渠道設(shè)計(jì)成梯形斷面、矩形斷面和U型斷面3種形式，針對梯形斷面渠道常用的現(xiàn)澆和邊坡預(yù)制2種襯砌方式、矩形斷面渠道常用的現(xiàn)澆和邊墻磚砌2種襯砌方式以及U型渠道常用的預(yù)制襯砌方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選，最終得出：從渠道斷面形式進(jìn)行比較，梯形斷面渠道單價(jià)最低，U型斷面單價(jià)最高，矩形斷面渠道介于兩者之間。梯形渠道中，邊坡預(yù)制渠道單價(jià)較低，矩形斷面渠道中，邊墻磚砌渠道單價(jià)較低。整體分析，邊坡預(yù)制梯形渠道單價(jià)最低，其次為現(xiàn)澆梯形渠道，邊墻磚砌矩形渠道比現(xiàn)澆梯形渠道單價(jià)稍高，再次為現(xiàn)澆矩形渠道，預(yù)制U型槽單價(jià)最高。因此，在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)先選用邊坡預(yù)制的梯形渠道，在項(xiàng)目對新增耕地要求高的情況下，可以選用邊墻磚砌矩形渠道，否則選用邊坡預(yù)制梯形渠道。

[1] 中華人民共和國國土資源部.高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：TD/T1033—2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2] 郭元裕.農(nóng)田水利學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[3] 江西省國土資源廳.江西省土地整理工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[M].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

Research on Economic Scheme Comparison of Irrigation Canal about Land Consolidation Project

YUE Xiao-song (Jiangxi Provincial Bureau of Coal Geology Surveying and Mapping Team, Nanchang, Jiangxi 330001)

Irrigation channel is an important infrastructure of farmland, leakage of canal bed is the main way of water loss, lining can reduce leakage loss and improve irrigation efficiency. By studying irrigation canal unit cost ahout the same discharge with different section and lining fashion, the results showed: in three sections, the trapezoidal cross section irrigation canal unit cost was lowest, the rectangular cross section irrigation canal took second place, the U-shaped cross section irrigation canal unit cost was highest. Among five lining fashion, the trapezoidal cross section with slope prefabricated irrigation canal unit cost was lowest, the U-shaped cross section with prefabricated irrigation canal unit cost was highest.

Trapezoidal cross section; Rectangular cross section; U-shaped cross section; Cast-in-situ; Prefabricate; Brick

岳小松(1983- )，女，河南魯山人,工程師，碩士，從事土地整治項(xiàng)目勘測、設(shè)計(jì)及研究。

2016-08-31

S 27

A

0517-6611(2016)30-0236-03