車洪文

（甘肅省高臺(tái)縣新壩水管所，甘肅高臺(tái)734300）

1 工程概況

高臺(tái)縣新壩中型灌區(qū)轄16 個(gè)村186 個(gè)社6 239戶，1 個(gè)企業(yè)，9 個(gè)集體、個(gè)體農(nóng)林場(chǎng)。灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積0.54 萬(wàn)hm2，其中農(nóng)田灌溉面積0.50 萬(wàn)hm2，林草地灌溉面積0.04 萬(wàn)hm2。本次實(shí)施改建干、支渠道共7 條35.11 km，渠系建筑物185 座。工程于2019年8 月開工建設(shè)，2020 年6 月建成通水。原渠道經(jīng)過(guò)近30 年的運(yùn)行，因凍脹、渠底沖刷嚴(yán)重、老化失修、渠堤沉陷以及其他原因破壞較嚴(yán)重；加之資金的制約，缺乏配套的維修，水資源利用率低，多年來(lái)渠道運(yùn)行不正常，影響工程的安全輸水和效率的正常發(fā)揮。為此，經(jīng)灌區(qū)群眾多次申請(qǐng)，對(duì)渠道進(jìn)行改造建設(shè)。經(jīng)張掖市水務(wù)局以張市水許可〔2019〕40 號(hào)文件批復(fù)了實(shí)施方案，主要建設(shè)內(nèi)容：改建干、支渠道共7 條35.11 km，渠系建筑物185 座，核定工程總投資2 960 萬(wàn)元。

2 渠道改建襯砌實(shí)施方案

本次改建方案內(nèi)原渠道現(xiàn)狀存在的主要問(wèn)題：原渠道渠旁襯老化嚴(yán)重，渠底破損、原渠道凍脹破壞變形，渠底漏水以及個(gè)別為土渠運(yùn)行未進(jìn)行襯砌。根據(jù)目前襯砌狀況、破損情況、損壞程度以及凍脹破壞原因的差異，針對(duì)具體情況需要解決的問(wèn)題，本工程渠道改建方案提出套襯及改建3 種型式：一是對(duì)于凍脹變形、整渠破損率比較嚴(yán)重的渠段全段面拆除后重建；二是對(duì)于現(xiàn)狀為土渠的渠道重新進(jìn)行整修并用砼澆筑襯砌；三是對(duì)渠道基礎(chǔ)相對(duì)穩(wěn)定、凍脹變形較輕的，僅是對(duì)襯砌老化、磨損、剝蝕的渠道采用原渠底抬高高程的套襯方案，并對(duì)凍脹變形嚴(yán)重的局部段落進(jìn)行拆除后重新改建。

3 方案比較

3.1 斷面選擇

改建的渠道斷面形式為原梯形，本次改建在輸水流量不變的情況下，繼續(xù)保持原梯形斷面和砼“U”形斷面對(duì)比分析比較。一是從防凍脹能力比較，弧形渠底斷面和砼“U”形斷面采用反拱弧底，抗凍脹性能好于梯型斷面。二是從輸水能力比較，當(dāng)輸水?dāng)嗝婷娣e相同時(shí)，渠道梯型斷面濕周弧形底＞渠道梯型斷面和砼“U”型斷面，所以過(guò)流流量前者＜后兩種斷面。從上述得知，當(dāng)3 種渠道斷面過(guò)流流量相同時(shí)：砼“U”形斷面過(guò)水流量面積最小，弧型底渠道梯型斷面第二，梯型斷面最大，濕周也相同；流速梯型斷面面積最小，弧型底梯形斷面為二，砼“U”形斷面過(guò)水流速是最大的；土方開挖、渠道襯砌工作量前者＜后兩者，前者投資比較節(jié)省，弧型底梯型渠道斷面第二。綜合分析，“U”形斷面和弧形渠底梯型斷面從防凍脹能力、過(guò)水流量和土方開挖、砼襯砌工作量等方面好于梯型斷面。但是根據(jù)新壩灌區(qū)實(shí)際情況，干渠及分干渠縱坡較大，水流對(duì)渠底的沖刷破壞較為嚴(yán)重，本次改建的干渠采用梯型斷面；改建的支渠采用弧形底梯型斷面。

3.2 襯砌方案的選擇

本次改造的干、支渠道根據(jù)山區(qū)渠道的走向、基礎(chǔ)、抗凍脹能力、當(dāng)?shù)厣笆牧蟽?chǔ)量和資金能力綜合比較，主要在現(xiàn)有渠道的基礎(chǔ)上進(jìn)行套襯，斷面形狀選擇上干渠為梯形斷面；支渠為弧形底梯形斷面，對(duì)部分地段對(duì)凍脹性基土進(jìn)行置換，換填材料為砂礫石。改建渠道沿原渠線進(jìn)行改建，根據(jù)現(xiàn)有渠道縱坡大、水流流速大、沖刷嚴(yán)重等特點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)已建類似渠道經(jīng)驗(yàn)，本次僅對(duì)渠道弧型斷面砌筑材料做比較分析，砌筑材料根據(jù)渠道改建的走向、砂礫基礎(chǔ)、輸水條件及新壩當(dāng)?shù)厣笆牧蟽?chǔ)量綜合分析比較，只對(duì)以下3 種砌筑方案進(jìn)行分析，方案比較、斷面形式為擺浪河西干二支渠斷面。

方案Ⅰ：采用梯弧型斷面，底弧半徑0.71 m，邊坡采用1∶1，渠深0.76 m，渠口寬2.09m。渠道全斷面澆筑C20 砼，渠道底部厚0.12～0.14 m，渠坡澆筑厚度從下而上為13～11cm，鋪設(shè)墊層底部厚度80cm，陽(yáng)坡厚度60～75cm，陰坡厚度63～86cm（見圖1）。

方案Ⅱ：采用弧型斷面，弧半徑0.71 m，邊坡系數(shù)1∶1，渠道深0.76 m，渠口寬2.09 m。全斷面采用C20 細(xì)礫砼砌筑，砌筑厚度為30 cm，表面抹5 cm 厚的C20 砂漿照面。渠坡厚從下而上為13～11 cm，墊層底部鋪筑厚60 cm，陽(yáng)坡厚32～51 cm，陰坡厚41～61 cm（見圖2）。

圖1 橫斷面設(shè)計(jì)

圖2 橫斷面設(shè)計(jì)

圖3 橫斷面設(shè)計(jì)

方案Ⅲ：采用梯弧型號(hào)渠道斷面，底弧半徑長(zhǎng)0.7 m，邊坡系數(shù)1∶1，渠道深度0.75 m，渠道口寬2.08 m?；〉诐仓﨏20 砼，渠底度厚0.12 m，邊坡澆筑10 cm厚的C20 預(yù)制砼塊。底部墊層鋪筑厚80 cm，陽(yáng)面厚50～70 cm，陰面厚65～85 cm（見圖3）。

對(duì)3 種襯砌材料方案進(jìn)行比選：方案Ⅰ優(yōu)點(diǎn)是防滲能力強(qiáng)，防凍脹、防沖刷作用比較好，整體結(jié)構(gòu)較好，施工速度快，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省勞力，造價(jià)低廉，使用年限長(zhǎng)，施工方法符合當(dāng)?shù)貙?shí)際，有成功的施工經(jīng)驗(yàn)。單位投資比較，投資為462 元/m。方案Ⅱ優(yōu)點(diǎn)是抗凍脹能力強(qiáng)，渠底抗沖刷效果好，施工簡(jiǎn)單，施工經(jīng)驗(yàn)豐富；缺點(diǎn)是塊（卵）石在河道內(nèi)采集費(fèi)工，施工質(zhì)量也不能保障，運(yùn)行時(shí)間短。投資最大，投資為655 元/m。方案Ⅲ優(yōu)點(diǎn)是渠道砼防滲效果比較好，冬季防抗凍脹能力強(qiáng)，冬季凍脹后次年便于維修，施工經(jīng)驗(yàn)豐富，并有多年的施工經(jīng)驗(yàn)；缺點(diǎn)是預(yù)制磚襯砌的邊坡在結(jié)構(gòu)整體性方面比現(xiàn)澆C20 砼邊坡差。投資差于方案Ⅰ，投資為468 元/m。

通過(guò)以上3 個(gè)方案論證分析，3 個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本次改建渠道現(xiàn)狀及新壩灌區(qū)多年來(lái)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，最終方案Ⅰ為本次渠道改建襯砌方案。其防滲套襯方案施工工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省勞力，節(jié)約投資，既能保持原渠道的輸水流量，整體結(jié)構(gòu)不受破壞，同時(shí)能保證達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前通過(guò)3 次輸水運(yùn)行，效果明顯，水資源利用率明顯提高。實(shí)踐證明，本次設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，符合當(dāng)?shù)貙?shí)際，滿足灌溉要求，同時(shí)為今后其他中型灌區(qū)節(jié)水改造工程提供了良好的借鑒。