山區(qū)小型渠道及其建筑物設(shè)計(jì)淺議

汪守先

（貴州省遵義縣水利局，貴州遵義 563100）

1 工程地質(zhì)基礎(chǔ)

山區(qū)渠道和渠道建筑物不能建在堆積體、滑坡體和各種軟弱基礎(chǔ)上，必須建在非移動(dòng)的巖基，不滑動(dòng)、致密的土基上。

（1）當(dāng)巖石傾向渠系外側(cè)時(shí)，渠道或建筑物不能以巖石的覆蓋層作基礎(chǔ)，應(yīng)向內(nèi)側(cè)移至巖基上。如果實(shí)在無(wú)法避開(kāi)堆積層，就只能改建渡槽或改道建隧洞。

（2）渠道和渠道建筑物基礎(chǔ)以外遇到局部滑坡體，可利用擋土墻、挖除等措施進(jìn)行工程處理。

（3）渠道及其建筑物不得不通過(guò)軟弱基礎(chǔ)時(shí)，必須進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

（4）在土基上的渠道及其建筑物，其進(jìn)口段都應(yīng)設(shè)橫向伸縮縫，基礎(chǔ)底部在合適的地方需作排水設(shè)計(jì)。以免地基因山水入侵而發(fā)生不均勻沉陷。

2 經(jīng)濟(jì)水力斷面的設(shè)計(jì)

2.1 主要水力要素對(duì)工程經(jīng)濟(jì)的影響及其選取標(biāo)準(zhǔn)

（1）縱坡和水頭損失。山區(qū)地形起伏大，地面落差大，所以渠道和渠道建筑物的縱坡或水頭損失可取得大些，一方面減少工程量，另一方面也能加大流速，對(duì)防止淤積也有利。

山區(qū)傍山渠道縱坡取 1/1000為宜；垂直于等高線(xiàn)布置的渠道則大多變成陡坡或迭水，縱坡由地面坡度決定。渡槽縱坡在1/100～1/1000之間，一般取 1/500。渠道上的隧洞多數(shù)為無(wú)壓隧洞，縱坡在1/500～1/1000之間，取1/500的較多。對(duì)于倒虹吸，在減少自流灌溉面積不大的前提下，其水頭損失可盡量取大一些，以便減小管徑。

（2）流速。 渠道及其建筑物的設(shè)計(jì)，應(yīng)在不沖不淤的條件下盡量加大流速。

一般經(jīng)驗(yàn)，渠道流速控制在0.5～2 m/s之間；無(wú)壓隧洞流速可控制在 1.0～2.0 m/s之間；渡槽流速在0.5～3 m/s間；倒虹吸的流速通常在2.5～3.2 m/s間，有時(shí)最大達(dá)4 m/s。

（3）糙率n值。糙率n的大小是影響工程造價(jià)的一個(gè)重要因素。工程量的大小是與n值的大小成正比例的。選擇合適的n值至關(guān)重要。

小型工程的施工質(zhì)量不是太好，n值不能選得太小，否則設(shè)計(jì)水力斷面將不能滿(mǎn)足過(guò)流要求。渠道兩個(gè)面為漿砌石一個(gè)面為混凝土，其 n值取0.022。兩個(gè)面為混凝土一個(gè)面為漿砌石，其 n值取0.020。施工質(zhì)量好的混凝土渡槽n取0.015。鋼筋混凝土現(xiàn)澆管和預(yù)制管 n值分別取 0.016和0.015。預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力管n值取0.014。

2.2 經(jīng)濟(jì)斷面的確定

從施工和工程經(jīng)濟(jì)考慮，山區(qū)小型工程的渠道都以矩形（凈高和凈寬相等）斷面為佳。隧洞為城門(mén)型斷面。渡槽有矩形和U型槽兩種。

渠系上的明渠均勻流的經(jīng)濟(jì)水力斷面在山丘地區(qū)并非寬淺式的最佳水力斷面，而是寬深式斷面，寬深比b /h =1.15～1.5。

經(jīng)筆者反復(fù)試算，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)水深按下列經(jīng)驗(yàn)公式選取。

式中h —設(shè)計(jì)水深(m)；

Q —設(shè)計(jì)流量（m3/s），一般取設(shè)計(jì)最大流量；

n —糙率；

k —穩(wěn)定系數(shù)，由縱坡i的大小決定。

k的確定：

當(dāng)1/200≥i≥1/1000時(shí)：

k =0.03（1/100i -5）+k′

當(dāng)1/1000≥i≥1/2000時(shí)：

k =0.075/500i + k′

其中系數(shù)k′的確定：

當(dāng)Q ＜1 m3/s時(shí)：

對(duì)矩形、U型和城門(mén)形斷面：k′=0.85。

當(dāng)5≥Q≥1m3/s時(shí)：

對(duì)矩形渠道和渡槽：k′=0.85；

對(duì)U型槽：k′=0.81；

對(duì)城門(mén)形隧洞：k′=0.87。

水力斷面經(jīng)濟(jì)寬度：

對(duì)矩形渠道和渡槽B ≈h +(0.25～0.35)；

對(duì)U型渡槽Bu=10h/7；

對(duì)隧洞B ≈h +(0.25～0.45)；

水深h和經(jīng)濟(jì)寬度均以m為單位。

根據(jù)斷面的經(jīng)濟(jì)水深和經(jīng)濟(jì)寬度，用明渠均勻流公式求出此時(shí)的流量。若與實(shí)際不符，一般將凈寬或水深h調(diào)整5cm以下，再驗(yàn)算一次即可。

斷面的凈高：

矩形渠道H = B；

渡槽Hd=13h/12 + 0.05；

隧洞H洞=h +0.4，若H洞＜1.2m，需加大到1.2m，以滿(mǎn)足最小開(kāi)挖斷面高1.8m的要求；

水深h和凈高均以m為單位。

3 防 滲

從經(jīng)濟(jì)出發(fā)考慮渠道防滲。一般等流量的單位渠道總造價(jià)，使用混凝土防滲比使用漿砌石防滲降低30%左右，且防滲效果又比漿砌石提高一倍。

在不影響渠床穩(wěn)定的前提下，盡量用混凝土護(hù)面；當(dāng)凈深大（一般大于 1.5m）的渠道處于土基和風(fēng)化巖基上，為解決渠床穩(wěn)定的問(wèn)題，可先用石灰黃泥混合漿砌毛石使渠床成形，然后用混凝土護(hù)面。斷面防滲形式采用側(cè)墻等厚結(jié)構(gòu)為好。

4 沉沙和泄退水建筑物的設(shè)置

4.1 沉沙池

渠道及其建筑物是按不沖不淤的原理設(shè)計(jì)的，但在建成后的運(yùn)行中，不可能不發(fā)生淤積，這是山區(qū)自然地理?xiàng)l件決定的。對(duì)隧洞、暗渠、倒虹等建筑物依然沉積著大量由明渠流入的泥沙。特別是洪水期淤積最嚴(yán)重。為了防止建筑物的淤積，必須在其前設(shè)置沉沙池。

4.2 渠道上的泄退水建筑物

為了保證渠道及其建筑物的正常運(yùn)行和安全，在渠道上比較大的沖溝和谷地處，在坡面水入渠較長(zhǎng)的渠段尾部及渠系建筑物前，必須設(shè)置泄洪閘或溢洪側(cè)閘。為了渠道建筑物的檢修，必須在其前設(shè)置退水道。渠道上的泄退水建筑物一般與放水排沙側(cè)閘或放水底孔合并。渠道建筑物前的泄洪、排沙和退水建筑物宜聯(lián)合建。

泄洪建筑物的設(shè)計(jì)，其流量可按5～10年一遇最大洪水計(jì)算。對(duì)退水道和小型溢流側(cè)堰可按渠道流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。