張海燕

（崇信縣水利服務(wù)站，甘肅 平?jīng)?744200）

汭河灌區(qū)位于崇信縣中部［1］，分布在汭河左右兩岸，覆蓋縣城東西30km區(qū)域。建國以來該灌區(qū)經(jīng)過多次改建，形成了控制灌溉面積1166.67hm2的中型灌區(qū)。為了合理利用水資源，進一步改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高抗旱減災(zāi)能力，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，崇信縣2008年實施了汭河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目。但由于當(dāng)時資金有限，僅對灌區(qū)設(shè)施嚴重老化失修，渠道及渠系建筑物嚴重淤積破壞的部分進行了處理。近幾年，由于維修和管理經(jīng)費不足，灌區(qū)設(shè)施不能及時得到維修，老化失修及人為破壞嚴重，南干渠內(nèi)雜草叢生，居民區(qū)渠道破壞嚴重，灌溉水很難到達下游灌溉地區(qū)，渠道接近報廢，不能正常通水運行，嚴重影響渠道輸水效率。因此南干渠維修改造迫在眉睫。

1 渠道橫斷面襯砌方案比選

南干渠現(xiàn)狀斷面型式為梯弧形斷面，分為漿砌石斷面和預(yù)制板斷面。由于現(xiàn)狀渠道的破壞及淤積，需要對這兩種斷面的渠道進行清淤維修，初步設(shè)定如下的3種渠道橫斷面的襯砌方案［2-4］。

方案1：為梯弧形斷面，采用M10砂漿砌混凝土預(yù)制板襯砌。明渠下鋪設(shè)0.2～0.3m厚砂礫墊層，再采用混凝土預(yù)制板襯砌，以防滲漏凍脹。明渠每隔5m設(shè)一橫向伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)背水面填M10砂漿，迎水面填1∶4水泥瀝青砂漿，每隔100m設(shè)一道截水墻，厚度0.3m，采用C20混凝土現(xiàn)澆。

方案2：為梯弧形斷面，同樣采用M10砂漿砌混凝土預(yù)制板襯砌。明渠下鋪設(shè)0.2～0.3m厚砂礫墊層，鋪設(shè)土工膜，再采用混凝土預(yù)制板襯砌，以防滲漏凍脹。明渠每隔5m設(shè)一橫向伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)背水面填M10砂漿，迎水面填1∶4水泥瀝青砂漿，每隔100m設(shè)一道截水墻，厚度0.3m，采用C20混凝土現(xiàn)澆。

方案3：為漿砌石U型斷面，采用M10砂漿砌塊石襯砌。下鋪設(shè)土工膜，然后用C15混凝土現(xiàn)澆0.03m厚的墊層，再采用0.3m厚的M10漿砌塊石襯砌，以防滲漏凍脹。明渠每隔10m留一橫向伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)背水面填M10砂漿，迎水面填1∶4水泥瀝青砂漿，每隔100m設(shè)一截水墻，厚度0.3m，采用C20混凝土現(xiàn)澆。

3種渠道橫斷面初設(shè)方案經(jīng)濟比較如表1。

表1 渠道橫斷面初設(shè)方案經(jīng)濟比較

從水力要素角度講，渠道橫斷面采用梯弧形斷面和U型斷面形式，近似于最佳水力斷面，流速分布比較均勻，不易淤積，兩種斷面形式均可采用。對于方案1，渠底有一定的反拱作用，在渠底下鋪設(shè)砂礫墊層，透水性好，能增加砌體抵抗凍脹的能力，可減少渠道的裂縫和位移；對于方案2，在方案1基礎(chǔ)上鋪設(shè)了土工膜，同樣可防滲防凍脹；對于方案3，渠底下鋪設(shè)土工膜，然后用C15混凝土現(xiàn)澆5cm厚的墊層，再采用0.3m厚的M10漿砌塊石襯砌，同樣防滲防凍脹。從技術(shù)角度講，3種方案均可采用。但從表1中經(jīng)濟比較可知，方案1投資較小，方案3最大。而從引水安全和防滲技術(shù)上來講，方案2最好，故采用方案2。

2 渠道斷面設(shè)計

2.1 渠道有關(guān)技術(shù)參數(shù)設(shè)計

2.1.1 邊坡系數(shù)選擇

渠道邊坡系數(shù)m的選擇，主要取決于渠床的地質(zhì)條件及渠道挖填的高度，根據(jù)渠道沿線工程地質(zhì)條件并參照汭河灌區(qū)工程建設(shè)的經(jīng)驗，渠道邊坡系數(shù)選擇為：填方渠段外邊坡系數(shù)m=1.0，挖方渠段渠堤以上邊坡系數(shù)m=0.75。

2.1.2 渠道糙率系數(shù)選擇

參照已建工程實測資料和經(jīng)驗并考慮到目前施工單位的施工技術(shù)水平［5］，預(yù)制混凝土襯砌渠道糙率系數(shù)取n=0.017。

2.1.3 渠道安全超高

渠道安全超高（Δh）與渠道的級別、流量等因素有關(guān)，根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范及已建工程實際資料，并結(jié)合本次南干渠道整治的規(guī)模，選定Δh=0.2～0.3m。

2.1.4 渠堤頂寬設(shè)計

各級渠道岸頂寬度基于渠道設(shè)計流量的大小及有無交通要求而確定。本次南干渠道維修規(guī)模較小，渠堤寬度僅考慮通行三輪車以便維修管理渠道。因此渠道的岸頂寬度為：挖方段和填方段均采用采用1.5m。

2.1.5 渠道縱斷面設(shè)計

南干渠道維修工程保持現(xiàn)狀渠線不變，除崇大公路涵洞至藺家溝涵洞段297m需將渠底降低0.463m外，其他段設(shè)計比降和現(xiàn)狀渠道比降一致。為了確保供水通暢，設(shè)計以藺家溝涵洞底板高程為基準，按1/2000的比降向上游緩調(diào)渠底，消除高差。

2.2 渠道過水橫斷面設(shè)計

2.2.1 渠道橫斷面尺寸計算

渠道橫斷面尺寸受渠道設(shè)計流量、設(shè)計縱斷面及糙率系數(shù)等因素影響，通過水力學(xué)計算加以確定。一般情況下，灌溉渠道在一定長度段比降應(yīng)盡量保持不變，斷面應(yīng)均勻，單位斷面流量基本相等。渠道橫斷面設(shè)計采用明渠均勻流公式計算［6］，即

式中 Q為渠道設(shè)計流量（m3/s）；A為渠道過水面積（m2）；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑（m）；n為糙率系數(shù)；I為水力坡降，與渠道底坡比降一致。

2.2.2 渠道橫斷面墊層厚度計算

南干渠明渠工程由于渠基大都坐落在低液限粉土、低液限含砂礫粉土地基之上，該土層透水性較大，渠道需采用防滲措施，以減小渠道的滲漏和凍脹，確保渠基的穩(wěn)定和渠道完好對砂礫墊層厚度設(shè)計如下：

2.2.2.1 標(biāo)準凍深設(shè)計

根據(jù)崇信縣城氣象站多年各月最大凍深值，繪制頻率曲線，相應(yīng)于10%的最大凍深值為0.46m。

2.2.2.2 渠道斷面上的凍深分布

南干渠均為由西向東走向，地下水位在6m以下，因此凍深值不作修正，渠道底部凍深為0.38m，沿渠道橫斷面的凍深分布如表2。

表2 渠道橫斷面上凍深分布

2.2.2.3 砂礫換填厚度及要求

根據(jù)渠道沿線取樣的試驗結(jié)果，渠道土壤屬于砂壤土，可設(shè)換填比為40%～50%。渠道所在區(qū)域日照良好，換填比取平均值為45%。在確定凍土深和換填比的情況下，換填厚度計算結(jié)果如表3。

表3 渠道橫斷面換填厚度分布

3 渠道維修改造設(shè)計

3.1 漿砌石渠道維修設(shè)計

南干渠道約0.513km現(xiàn)狀為漿砌石渠道，存在輕微淤積，砂漿抹面脫落，砌石勾縫破損等問題。宜采取清淤、掛網(wǎng)和加防滲面板措施。清淤采用人工挖除，架子車及三輪車拉運，倒于棄渣場。人工鑿除砂漿抹面后，掛網(wǎng)采用人工植筋，φ12錨固鋼筋間距1.0m，植入現(xiàn)狀渠道0.18m，縫隙用M10水泥砂漿塞填。防滲面板厚0.1m，壓頂寬0.4m，厚0.15m，均采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆。維修后渠道斷面型式為梯弧形，渠口寬1.8m，深0.95m，邊坡比為1∶1，相應(yīng)反弧圓心角為90°，反弧半徑為0.479m。

3.2 重新襯砌渠道設(shè)計

長度約有3.131km的南干渠道破損嚴重，需重新襯砌。重襯渠道前，應(yīng)先人工清淤，人工拆除現(xiàn)狀渠道預(yù)制板，清理干凈，就近堆放，以便重新利用。根據(jù)損壞預(yù)制板的類型和數(shù)量，按照對應(yīng)類型尺寸，補充預(yù)制板相應(yīng)的數(shù)量。重新襯砌的渠道斷面型式為梯弧形，渠口寬2.2m，深1.0m；邊坡比為1∶1，相應(yīng)反弧圓心角為90°，反弧半徑為0.45m。為了減小滲漏，防止凍脹，渠底鋪筑河床混合料墊層0.2～0.3m，鋪設(shè)0.3mm厚土工膜后，再采用M10砂漿砌C20混凝土預(yù)制板襯砌，板厚0.08m；壓頂寬0.2m，厚0.08m，采用C20混凝土現(xiàn)澆。渠道每隔5m設(shè)一橫向伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)背水面填M10砂漿，迎水面填1∶1∶4水泥瀝青砂漿，每隔100m設(shè)一道截水墻，厚度0.3m，采用C20混凝土現(xiàn)澆。夯填土干容重rd≥1.65t/m3。

4 結(jié)語

汭河灌區(qū)是崇信縣糧食和經(jīng)濟作物的主要種植區(qū)域之一，其中的南干渠道為糧食作物的生產(chǎn)提供重要水源保障。對現(xiàn)狀南干渠道的維修改造，有助于先進水利設(shè)施進一步配套，有力提高現(xiàn)代水利化程度，有利于逐步運用技術(shù)，推廣無公害農(nóng)業(yè)；有利于提高了汭河灌區(qū)的抗旱保收能力，有助于當(dāng)?shù)卣{(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展經(jīng)濟作物提高群眾收入。在滿足現(xiàn)狀灌溉用水的基礎(chǔ)上，能夠恢復(fù)部分灌溉面積，同時使灌區(qū)的水資源得到合理配置，促進水資源的可持續(xù)利用。南干渠道的建設(shè)與發(fā)展，對崇信縣農(nóng)業(yè)綜合利用開發(fā)和農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、保障社會經(jīng)濟的健康穩(wěn)步發(fā)展都有十分重要的意義。