農(nóng)田灌溉渠道防凍脹施工設(shè)計(jì)方案比選分析

韓 偉

（鄒平縣韓店鎮(zhèn)政府，山東濱州 256209）

農(nóng)田灌溉渠道防凍脹施工設(shè)計(jì)方案比選分析

韓 偉

（鄒平縣韓店鎮(zhèn)政府，山東濱州 256209）

文章以某灌區(qū)農(nóng)田干渠為實(shí)例，在分析渠道凍脹災(zāi)害成因的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程施工實(shí)際需求，通過(guò)方案比選，選取最優(yōu)施工設(shè)計(jì)方案。實(shí)際應(yīng)用表明所選方案，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)化的同時(shí)取得良好防凍脹效果，該渠道未再發(fā)生凍脹損壞現(xiàn)象，有效保障了農(nóng)業(yè)灌溉效率。

灌溉渠道 凍脹破壞 成因分析 施工設(shè)計(jì)

1 工程概況

某地區(qū)農(nóng)田灌溉以渠道輸水為主，但受當(dāng)時(shí)建設(shè)條件的限制以及后期缺乏有效管理維護(hù)的原因，渠道發(fā)生嚴(yán)重的凍脹破壞，渠道輸水有效性遭到很大程度的影響。干渠工程包括明渠56.62 km、一號(hào)隧洞1.78 km，伴行路56 km、渠道護(hù)坡、縱橫排水等。明渠為弧底梯形斷面，底寬4 m，渠深5.7～5.9 m，縱坡為1/8 000，邊坡系數(shù)為1∶2，隧洞為馬蹄形，直徑為6 m，主要承擔(dān)冬季發(fā)電引水與周邊灌區(qū)供水任務(wù)。由于地處冬季較為寒冷，渠道冬季運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)流冰、岸冰等不同程度的冰凌災(zāi)害，降低渠道輸冰過(guò)水能力，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致斷流、漫堤等情況，對(duì)于渠道正常功能的有效發(fā)揮造成嚴(yán)重影響。

2 渠道防凍脹施工設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)凍深

依據(jù)某干渠理念地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，渠道最大凍深為0.65 m，依照《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL23-2006），渠系工程設(shè)計(jì)凍深計(jì)算公式如下（1）所示。

式中：dZ—渠道設(shè)計(jì)凍深，m； f?—凍深年際變化頻率模比系數(shù)；dψ—渠道日照及遮陰程度修正系數(shù)； wψ —地下水影響系數(shù)；kZ—渠道理念最大凍深，m。經(jīng)計(jì)算，渠道各支部設(shè)計(jì)凍深如表1所示。

2.2 現(xiàn)狀凍脹量

依照對(duì)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL23-2006）附錄C中粉質(zhì)粘性土層地表凍脹量查圖可知，某干渠邊坡地表凍脹量為75 mm，底部地表凍脹量為70 mm，依照凍脹性劃分標(biāo)準(zhǔn)，邊坡及渠底屬于Ⅲ級(jí)。

2.3 渠道抗凍脹方案比選

針對(duì)渠道凍脹土基可通過(guò)基土保溫或基土換填的方法進(jìn)行處理，故對(duì)2種方案進(jìn)行比選：方案1為基土保溫法，選用苯板鋪設(shè)保溫防凍層；方案2為基土換填法，選用沙礫料作為原材料，沙礫料在灌區(qū)內(nèi)廣泛分布且儲(chǔ)量較大，可很好滿足施工需求。

2.3.1 方案1：基土保溫法

基土保溫法是通過(guò)消除渠道凍脹中的溫度因素來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)凍脹災(zāi)害的有效預(yù)防，其常用材料為苯板（聚乙烯泡沫板）。依據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL23-2006），鋪設(shè)厚度為鋪設(shè)渠段設(shè)計(jì)凍深的10%～15%，即6～11 mm。在充分結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)的基礎(chǔ)上，參照土質(zhì)、凍結(jié)指數(shù)等性能指標(biāo)最終確定渠段鋪設(shè)聚乙烯泡沫板厚度為6 cm。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)苯板規(guī)范分為15 kg/m3（250元）和18 kg/m3（280元）2種，該工程依據(jù)設(shè)計(jì)需要最終選擇規(guī)格為18 kg/m3的苯板。

2.3.2 方案2：基土換填法

基土換填深度計(jì)算公式如（2）。

表1 莫乎爾灌區(qū)某干渠各支部設(shè)計(jì)凍深 m

表2 防凍脹施工設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

2.3.3 方案比選

從施工、投資及建材應(yīng)用等方面對(duì)2種方案進(jìn)行比選。方案1施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，換填所用沙礫料在灌區(qū)內(nèi)廣泛分布且儲(chǔ)量較大，取材方便，工程投資成本較低，但工程土方換填量較大，施工周期較長(zhǎng)。方案2土方填挖量小，施工周期短，但施工工藝相對(duì)復(fù)雜，投資成本較高。表2為兩方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比表，由表對(duì)比可知，方案2施工成本比方案1高 6.5萬(wàn)元/km。因此，綜合考慮施工成本和施工進(jìn)度需求（進(jìn)度需求較低）最終選擇方案1作為渠道防凍脹施工設(shè)計(jì)方案。

2.4 施工后基土凍脹量評(píng)估

基土凍脹量評(píng)估公式如（3）所示。

經(jīng)計(jì)算基礎(chǔ)下渠道邊坡與渠底基土凍脹量分別為3.65 mm和3.85 mm，兩者均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，表明某干渠防凍脹施工取得良好效果。

3 結(jié)語(yǔ)

渠道輸水效率對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉有著重要的影響，尤其對(duì)于以明渠為主要輸水方式的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。針對(duì)某灌區(qū)干渠防凍脹施工改造，對(duì)比分析2種不同施工設(shè)計(jì)方案，在綜合考慮施工實(shí)際需求與施工成本優(yōu)化的原則上，選取最優(yōu)方案進(jìn)行渠道防凍脹改造施工。改造工程完工以來(lái)，實(shí)際應(yīng)用效果良好，渠道未再發(fā)生凍脹損壞現(xiàn)象，在最優(yōu)化工程施工成本，提升了渠道水資源利用效果，極大地保障了該農(nóng)田灌溉效率。

[1] 劉旭東．混凝土襯砌渠道抗凍脹技術(shù)措施及其機(jī)理研究．西北農(nóng)林科技大學(xué)，2010

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[3] 徐慶河．渠道襯砌混凝土受凍起皮分析及處理措施研究．人民黃河，2010，（8）：142～143

[4] 陳雯龍．新疆混凝土防滲渠道凍脹破壞成因分析及防凍脹措施．水利技術(shù)監(jiān)督，2011，（3）：45～47，55