惠志賓，田振燕

（河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 南陽(yáng) 473000）

0 引言

某灌區(qū)由引丹總干渠、下洼樞紐、刁河灌區(qū)等部分組成，工程自1970 年元月開(kāi)工建設(shè)，1974 年8 月骨干工程通水開(kāi)始發(fā)揮效益。1998 年至2020 年間此灌區(qū)共歷經(jīng)了22 次續(xù)建配套與節(jié)水改造，由于種種原因，沒(méi)有對(duì)灌區(qū)進(jìn)行全面而系統(tǒng)的提升改造。按照“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路以及“要在提高糧食生產(chǎn)能力上開(kāi)辟新途徑、挖掘新空間、培育新優(yōu)勢(shì)”的生產(chǎn)理念，積極合理地開(kāi)展大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造與現(xiàn)代化建設(shè)。于2020年編制了灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造實(shí)施方案，通過(guò)灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造，夯實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力基礎(chǔ)，推動(dòng)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)深度融合和發(fā)展壯大，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。以下結(jié)合此灌區(qū)刁南干渠1#退水渠（樁號(hào)0+800～2+065段）全段襯砌工程案例分析研究退水渠設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。

1 工程概況

某灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化節(jié)水改造項(xiàng)目計(jì)劃對(duì)刁南干渠1#退水渠（樁號(hào)0+800～2+065 段）進(jìn)行全段襯砌，襯砌長(zhǎng)度1.256 km。經(jīng)過(guò)此次治理后，刁南干渠1#退水渠渠道全面貫通，退水可直接排入排子河。退水渠渠道比降依據(jù)現(xiàn)狀溝底坡度確定，樁號(hào)0+800～1+008段比降1/300，樁號(hào)1+008～1+400段比降1/100，樁號(hào)1+400～2+065段比降1/150。

2 渠道襯砌斷面比選

刁南干渠1#退水渠在樁號(hào)0+800～1+665 段采用C20 混凝土矩形斷面，底寬2 m；樁號(hào)1+665～2+065 段采用土渠梯形斷面，底寬2 m，梯形斷面邊坡坡比1:1.50。

根據(jù)實(shí)測(cè)地形圖及實(shí)際查勘情況，樁號(hào)0+800～1+008 段，左邊為生產(chǎn)路，右邊為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬0.70～1.80 m，邊坡1:0.20～1:1.15；樁號(hào)1+008～1+380段，右邊為生產(chǎn)路，左邊為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬1.60～2.00 m，邊坡1:0.66～1:2.20；樁號(hào)1+380～1+600段，左岸為生產(chǎn)路，右岸為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬1.20～1.90 m，邊坡1:0.48～1:1.34；樁號(hào)1+600～2+065段兩岸為耕地，現(xiàn)狀渠道渠底寬2.10～2.40 m，邊坡1:0.85～1:1.20。

根據(jù)實(shí)測(cè)斷面分析，對(duì)設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行優(yōu)化比選，樁號(hào)0+800～1+008 段增加“梯形斷面，邊墻采用貼坡式擋墻”方案，樁號(hào)1+008～1+685段增加梯形斷面方案。

樁號(hào)1+665～2+065 段渠道地層巖性為粉質(zhì)黏土，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，粘土允許不沖流速為0.75～1.00 m/s?？裳胁捎猛燎菪螖嗝?，底寬2 m，坡比1:1.50，設(shè)計(jì)流速2.36 m/s，設(shè)計(jì)流速遠(yuǎn)大于允許不沖流速，如采用土渠，則該段渠道存在沖刷嚴(yán)重、岸坡不穩(wěn)等問(wèn)題。為確保該段渠道安全，滿足沖刷要求，需對(duì)該段渠道進(jìn)行襯砌，渠底寬度由2 m調(diào)整為1 m。

可研矩形斷面方案總投資為241.74萬(wàn)元，此次方案總投資為92.45 萬(wàn)元，投資可節(jié)省149.29 萬(wàn)元。因此，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，確定刁南干渠1#退水渠樁號(hào)0+800～1+008 段采用梯形斷面，邊墻采用貼坡式擋墻，渠底寬1 m，邊坡1:0.75；樁號(hào)1+008～2+065段采用梯形斷面，渠底寬1 m，邊坡1:1.50。

3 渠道防滲襯砌方案比選

以刁南干渠1#退水渠樁號(hào)1+008～1+400 段梯形渠道防滲襯砌為例，提出三種方案進(jìn)行比較，即漿砌石襯砌防滲、混凝土襯砌防滲、土工膜鋪設(shè)防滲。

方案一：Mu60M7.5漿砌石襯砌防滲

Mu60M7.5 漿砌石防滲襯砌，抗凍、抗沖、抗磨和耐久性好（使用年限25-40 年），施工簡(jiǎn)單，但糙率大，防滲效果不易保證，投資較大。

方案二：C25混凝土襯砌防滲

C25 混凝土防滲襯砌，糙率小，輸水能力強(qiáng)，防滲效果、抗沖性、耐久性好（使用年限30-50 年），允許流速大，強(qiáng)度高，管理維修方便，投資小于漿砌石防滲襯砌，大于土工膜防滲。

方案三：土工膜襯砌防滲

土工膜防滲襯砌，防滲效果好，重量輕，運(yùn)輸量小，造價(jià)較低，但占地多，允許流速小，糙率大，輸水能力低，管理維修難度大，使用年限相對(duì)較?。ㄊ褂媚晗?0-50年）。

經(jīng)綜合比較，確定采用C25混凝土襯砌方案。

4 水力計(jì)算

設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)流量采用退水流量，混凝土襯砌中渠道糙率選用n=0.015，采用明渠均勻流公式計(jì)算不同底寬的輸水能力，計(jì)算公式：

式（1）～（3）中：Q—流量，m3/s；C—謝才系數(shù)；R—水力半徑，m；i—渠道縱坡；A—過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；n—糙率，取0.015。

以樁號(hào)0+800～1+008 為例進(jìn)行渠道水力計(jì)算。已知該段內(nèi)退水流量8 m3/s，設(shè)計(jì)渠深1.80 m，縱坡1/300，渠道為梯形斷面，邊坡采用貼坡式擋墻型式，內(nèi)邊坡坡比1:0.75，采用C25混凝土襯砌，糙率0.015，試算結(jié)果如表1所示。

表1 渠道水深計(jì)算表

從表1中可以看出水深1.38、1.26 m均符合《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的“渠道襯砌超高值可采用0.30～0.80 m”要求，但水深1.26 m 時(shí)渠底底板工程量有所增加，因此選渠道底寬1 m作為該段的設(shè)計(jì)渠底。

刁南干渠1#退水渠樁號(hào)0+800～2+065 段水力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 刁南干渠1#退水渠水力要素表

5 渠道設(shè)計(jì)

刁南干渠1#退水閘位于樁號(hào)7+641處，退水流量8 m3/s，其渠道及主要建筑物工程級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)。此次工程對(duì)1#退水渠樁號(hào)0+800～2+065 段進(jìn)行全段襯砌，全長(zhǎng)1.27 km。

樁號(hào)0+800～1+008 段208 m 采用C25 混凝土梯形斷面，比降1/300，襯砌渠深1.80 m；底寬1 m，厚20 cm；邊墻采用貼坡式擋墻，墻頂寬0.30 m，內(nèi)邊坡1:0.75，外邊坡1:0.50。樁號(hào)1+008～2+065 段1 057 m 采用C25 混凝土梯形斷面，底寬1 m，厚8 cm，內(nèi)邊坡1:1.50。其中：樁號(hào)1+008～1+400段比降1/100，襯砌渠深1.20 m；樁號(hào)1+400～2+065段比降1/150，襯砌渠深1.30 m。橫縫每5 m 設(shè)置一道，伸縮縫寬2 cm，填縫材料選用閉孔泡沫板。對(duì)于渠道底淤泥應(yīng)全部開(kāi)挖，并按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行填筑，回填土壓實(shí)度不小于0.92。為便于渠道兩側(cè)耕地內(nèi)積水排入渠道，渠頂高于設(shè)計(jì)水深且不高于兩側(cè)地面高程。對(duì)退水渠末端渠底進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)采用格賓石籠防護(hù)，格賓石籠厚30 cm。

在渠道兩側(cè)的排水支溝進(jìn)口設(shè)排水涵6座，分別位于樁號(hào)1+130、1+260、1+380的兩岸，管身采用進(jìn)行DN600的Ⅰ級(jí)管。

6 渠道沖淤?gòu)?fù)核

對(duì)于混凝土襯砌渠道，當(dāng)R＝1 m時(shí)，渠道的允許不沖流速小于8 m/s，當(dāng)R≠1 m，允許不沖流速應(yīng)為R=1 m時(shí)的不沖流速值乘以R1/4，以樁號(hào)1+400～2+065段為例，計(jì)算渠道的不沖流速為：V不沖＜8 0.521/4=6.79 m/s；V不淤=0.50 m/s；V=Q/A=8/2.28=3.51 m/s；則：V不淤＜V＜V不沖（4）

式中：R—水力半徑，m；Q—設(shè)計(jì)流量，m3/s；A—過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；V—設(shè)計(jì)流速，m/s。

則該渠道滿足不沖不淤設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)某灌區(qū)干渠大型退水渠從渠道襯砌斷面比選、渠道防滲襯砌方案比選、水力計(jì)算、渠道設(shè)計(jì)及渠道沖淤?gòu)?fù)核等主要部分完成退水渠設(shè)計(jì)基本內(nèi)容，獲得相應(yīng)成果，可為同類工程建設(shè)提供參考。