魯 剛

（永昌縣四壩水利管理處，甘肅 永昌 737200）

0 引言

毛卜喇村九社支渠改建之前為未襯砌的土渠，由于多年的運(yùn)行，水流對(duì)渠道的沖刷特別嚴(yán)重，渠道及配套設(shè)施破爛不堪。在農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)節(jié)，不僅對(duì)水資源造成嚴(yán)重浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)土渠沿線部分耕地造成嚴(yán)重的沖刷侵蝕，使沿線生態(tài)環(huán)境受到威脅[1]，還不利于渠道沿線水土的保持[2-3]。因此，加快對(duì)毛卜喇村九社支渠的改建非常重要且迫切。

1 工程概況

毛卜喇盆地位于金昌市南西28km，盆地東西長(zhǎng)22km，南北寬14km，總面積268km2。毛卜喇村九社支渠就位于該盆地中。支渠改建設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在原有渠道的基礎(chǔ)上，本著填挖平衡，裁彎取直的原則，對(duì)渠道進(jìn)行改建設(shè)計(jì)；希望通過改建現(xiàn)有渠道，改善原有渠道的輸水效率，提高渠道水力通行能力，減少水土流失。本次工程改建渠道長(zhǎng)度0.955km（樁號(hào)：23+185～24+180）。

2 工程地質(zhì)條件

渠道沿線區(qū)域地層的上層為沖洪積土或黃色粉質(zhì)黏土，厚度約0.2～0.6m，下層為沖洪積相砂礫石層，層厚數(shù)十米至幾十米，呈青灰色，干燥，結(jié)構(gòu)稍密～中密，局部具輕微泥鈣質(zhì)膠結(jié)。砂礫石層中的礫石成分以砂巖、片巖、石英巖、灰?guī)r、花崗巖為主，磨圓度較好，呈次圓、次棱角狀，一般粒徑為0.5～4cm，最大粒徑為15cm，無(wú)層理，無(wú)分選。渠基不存在地下水影響，砂礫石渠基具弱凍脹、強(qiáng)透水、承載力較高的工程特性；土質(zhì)渠基具凍脹、弱透水、承載力低的工程特性。

3 改建渠道設(shè)計(jì)

3.1 流量與縱坡設(shè)計(jì)

3.1.1 流量設(shè)計(jì)

依據(jù)項(xiàng)目區(qū)灌溉制度和渠道控制面積核算本次改建渠道流量，并以此流量作為本次改建渠道的設(shè)計(jì)流量。

本次計(jì)劃改建渠道控制面積較小，按現(xiàn)狀灌溉制度斗渠采用輪灌方式，渠道最大過水量依據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：

Q——渠道設(shè)計(jì)流量，m3/s；

?——主要作物的種植比例，取1%；

m——主要作物用水高峰期的最大灌水定額，綜合灌水定額m=115m3/畝；

T——灌水延續(xù)天數(shù)，取2d；

t——每天灌水小時(shí)，取24h；

A——渠道灌溉面積；

η——灌溉水利用系數(shù)，干渠以下取0.53。

帶入?yún)?shù)計(jì)算可得Q=1.18m3/s，取設(shè)計(jì)流量Q=1.2m3/s。因此按過水流量1.2m3/s進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)復(fù)核。

3.1.2 縱坡選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況和地形條件，改建后的渠道仍沿著原渠走向，對(duì)縱坡采用基本坡度不變，本著挖填平衡、裁彎取直原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。毛卜喇村九社支渠設(shè)計(jì)縱坡為1/67～1/236，縱坡設(shè)計(jì)滿足渠道運(yùn)行中不沖不淤的流速要求。

3.1.3 流量復(fù)核

渠道流量復(fù)核采用公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：

Q——渠道流量，m3/s；

A——過流斷面，m2；

C——謝才系數(shù)，C=（n為渠道糙率）；

R——水力半徑，m；

i——渠道縱坡，%。

經(jīng)表1中的計(jì)算結(jié)果顯示，根據(jù)擬定斷面過流能力復(fù)核，在不同縱坡條件下設(shè)計(jì)斷面均能滿足過流要求，說(shuō)明改建斷面設(shè)計(jì)合理。

表1 斷面流量復(fù)合計(jì)算結(jié)果

3.2 襯砌型式及材料選擇

根據(jù)灌區(qū)實(shí)際條件，選擇采用平底梯形斷面，對(duì)于襯砌材料的選擇，本次提出漿砌石和混凝土兩種襯砌材料進(jìn)行比選。

方案一（見圖1所示）：C25細(xì)粒砼砌塊石襯砌，襯砌厚度為：渠底取30cm，渠坡為20～30cm(坡頂～坡腳)。渠基下布設(shè)砂礫墊層，渠底厚35cm，渠坡厚25～35cm(坡頂～坡腳)。不設(shè)置伸縮縫，渠道設(shè)計(jì)渠底寬0.5m，渠深0.8m,邊坡1∶1。

圖1 渠道襯砌方案一

方案二（見圖2所示）：現(xiàn)澆C25砼襯砌，襯砌厚度渠底取12cm，渠坡取10～12cm(坡頂～坡腳)。渠基下布設(shè)砂礫墊層，渠底厚50cm，渠坡厚40～50cm(坡頂～坡腳)。渠道每3m設(shè)置一道橫向伸縮縫，縫寬2cm，采用聚乙烯泡沫板夾縫，雙組份聚氨酯密封膏填縫。渠道設(shè)計(jì)底寬0.6m，渠深0.7m，邊坡1∶1。

圖2 渠道襯砌方案二

各方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2所示。

表2 渠道襯砌方案比較

綜合比較以上方案，考慮到方案二防滲效果較好，過流能力佳，且建筑材料當(dāng)?shù)鼐陀挟a(chǎn)出，加之工期較短，所需勞動(dòng)量較少，故設(shè)計(jì)時(shí)采用方案二作為推薦方案，即C25F150W6砼現(xiàn)澆襯砌。

3.3 伸縮縫設(shè)計(jì)

項(xiàng)目所建支渠每3m設(shè)置橫向伸縮縫一道，伸縮縫縫寬2cm，填充材料自下而上依次為聚乙烯泡沫板、雙組份聚氨酯密封膏，伸縮縫可以起到止水及彈性伸縮的作用。

3.4 抗凍脹設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)海拔較高，冰凍期較長(zhǎng)，渠道凍脹破壞比較嚴(yán)重。依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中襯砌渠道的允許凍脹變形量及項(xiàng)目區(qū)地基土凍脹量，需對(duì)改建渠道采取抗凍脹措施。由于本渠道工程采用梯形進(jìn)行建設(shè)，在考慮凍脹量計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)施工條件后，決定采用置換砂礫石墊層的方法進(jìn)行抗凍脹處理?？紤]到渠道整體的受力作用，墊層不易過厚。雖然凍深在陰、陽(yáng)坡面有差別，但是考慮施工便利因素，本次設(shè)計(jì)置換層不區(qū)分陰、陽(yáng)坡，根據(jù)近年渠道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算砂礫石墊層置換深度確定本次改建渠道設(shè)計(jì)墊層置換厚度：渠底50cm，渠坡40～50cm。置換層砂礫石級(jí)配要求：平均粒徑d50=10～20mm，最大粒徑不超過100mm，含泥量（d<0.075mm）不大于5%。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以毛卜喇村九社支渠改建渠道工程為例，對(duì)渠道流量與縱坡設(shè)計(jì)、襯砌型式及材料選擇、伸縮縫設(shè)計(jì)和抗凍脹設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。將該設(shè)計(jì)運(yùn)用到渠道實(shí)際改建中取得了較為良好的建設(shè)效果，且所有設(shè)計(jì)參數(shù)都滿足相關(guān)要求。渠道改建和原有渠道之間關(guān)系密切，不可脫離原有渠道實(shí)際條件開展改建設(shè)計(jì)，改建設(shè)計(jì)方案應(yīng)按照原有渠道實(shí)際狀況進(jìn)行編制。此外，在輸水量適宜的情況下盡可能擴(kuò)大工程規(guī)模，滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)用水需求，同時(shí)也要考慮有效減少工程造價(jià)。