渠道橫斷面設計及抗凍方案比選

□圖爾迪麥麥提·麥麥提（新疆和田地區墨玉縣水利局）

渠道橫斷面設計及抗凍方案比選

□圖爾迪麥麥提·麥麥提（新疆和田地區墨玉縣水利局）

吐孜烏達克支渠現狀為土渠，主要存在如滲漏嚴重，渠系水利用系數低；斷面不規則，輸水效率低下，過流能力不足；渠系建筑物未配套致使項目區生態林不能有效灌溉等突出問題。其渠道斷面型式的設計必須根據地質勘測成果、工程的實際運行與管理的需要進行選取，經過比選，綜合考慮施工運行管理、建筑工程費以及建筑材料等因素，結構形式選用全斷面現澆混凝土板方案，抗凍脹選擇苯板防凍脹方案。

渠道；橫斷面；抗凍脹；設計

1 工程概況

喀瓦克鄉吐孜烏達克支渠起始于喀瓦克干渠末端和吐孜烏達克水庫放水渠交匯處，末端位于吐孜烏達克支渠TZ2#生態閘，全長9.51km。

本次對吐孜烏達克支渠0+000-2+200段進行防滲改建，設計流量4.31m3/s。本工程斷面形式采用梯形斷面，選用C20現澆混凝土，斷面厚度約為8cm，由于工程為吐孜烏達克支渠進行改造的工程，所以工程改造后約能實現466.67hm2農業灌溉和4026.67hm2生態林的有效灌溉，大大提高了灌溉面積和經濟效益。工程生態用水由喀瓦克干渠生態引水口（吐孜烏達克生態引水口）提供，農業用水由吐孜烏達克水庫提供。故吐孜烏達克支渠起點為吐孜烏達克水庫放水渠末端。

2 渠道橫斷面設計

2.1 糙率的確定

不同的渠道斷面襯砌材料會影響糙率的確定，按照本工程渠道斷面所采用的襯砌材料，其現澆砼和預制板糙率均取0.02。

2.2 邊坡系數m的確定

結合本工程地質、水文、土壤等資料及工程規范的要求，渠道混凝土板邊坡系數應為1：1.50。

2.3 橫斷面的設計

2.3.1 橫斷面尺寸的計算

橫斷面的設計一般可以根據明渠等流速公式進行。

式中：Q—流量；A—斷面面積；V—流速；C—糙率系數；R—水力半徑；i—渠底坡降。可以通過如下步驟進行設計。

2.3.1.1 流量與渠底坡降已知的情況下

作為一名女性，碧翠絲·萊姆沃卡時刻記住自己要為這個國家的女性發聲。這一點，在她的《煙草皇后》和《市場小販》中體現得非常明顯。這兩篇小說中，萊姆沃卡提到了諸如毒品、暴力和戰爭等烏干達以及其他非洲比較落后國家的女性要面臨的嚴峻問題。萊姆沃卡說：“烏干達是一個家長化的社會，作為一個女人，我每天都面臨著不同的問題。但這就是我寫作的動機：我面對的挑戰或女性面臨的挑戰。”[1]在整個社會男性至上而忽視女性的氛圍中，萊姆沃卡希望通過自己的方式來為女性發聲，爭取權益。

根據經驗，假設過水斷面的尺寸、渠底寬度與水深等量都為已知，利用上述公式計算流速。加入計算所得流速符合不沖刷與不淤積的要求，便可以通過求得流量。用此流量與擬設計流量進行比較，如果兩者差距很小，說明上述計算的斷面尺寸可以采用，相反，需要重新進行斷面尺寸的計算或者是將上述計算過程進行調整。

2.3.1.1.1調整渠底坡降

在求得的流速較大時，應該改用較小的坡降則可以降低流速；相反如果流速過小，則可以增大坡降，能起到提高流速的作用。但是調整渠底坡降這種做法，會受到地形及渠道水位等的限制，所以這是一種相當有限的調整方法。

2.3.1.1.2調整過水斷面尺寸

在求得的流速較大時，可以將渠道斷面設計成寬而淺的形式，加大底寬便可以降低渠道流速。相反，如果流速過小，則可以將渠道斷面設計成深而窄的形式，以提高流速。

2.3.1.2 渠岸超高的確定

鑒于工程屬于生態供水工程，而且按照渠道設計流量確定渠道規模，并根據設計流量的水深加安全超高以確定渠道超高，按照《灌溉排水渠系設計規范》，并考慮渠道的安全超高要求，渠道超高的確定采用h加/4+0.20m。

2.3.2 襯砌結構的比選

在采用全斷面預制混凝土板方案情況下，可以選擇邊坡及底板都采用6cm預制六棱塊的橫斷面結構型式，而砂漿找平層則采用2cm的M10型式。結合本項目工程實際情況及1：1.05的邊坡系數，可以選取堤頂寬度為1m，出于安全考慮，在渠到頂端混凝土板邊緣必須設置30cm×6cm、C15型號的封頂板。

2.3.2.2 方案二：底板現澆混凝土板、邊坡預制板方案

方案二可以選擇的橫斷面結構型式為：最外層是6cm厚的預制六棱塊板，里層為2cm厚的M10型號砂漿找平層。最上面為8cm厚的C20現澆混凝土板，邊坡系數仍采用1：1.05，堤頂寬及封頂板尺寸及厚度同方案一。

2.3.2.3 方案三：全斷面現澆混凝土板方案

該方案橫斷面型式為8cm現澆混凝土板邊坡及底板，渠道頂端邊緣設置尺寸為30×6cm、C15的封頂板。其余參數同方案一。

對上述三種不同方案，從建筑工程費用、運行管理的便利程度、施工難易等方面進行綜合比較，不難發現方案三在各個方面均具有較為突出的優勢，投資少、運行管理較容易且施工便利，所以工程應該選擇方案三進行施工，具體情況見表1。

表1 各方案比較情況分析表

2.3.3 抗凍脹設計

2.3.3.1 抗凍材料的選擇

根據本工程渠道地層巖性剖面揭示，本灌區土壤部分段屬凍脹性土，必須考慮凍害影響因素。針對本灌區的特點，渠道抗凍材料有兩種可供選擇：砂礫石和苯板。根據現狀調查，離渠道平均運距5km處，庫山河河床有可利用抗凍體料場，儲量十分豐富，經篩分試驗，符合換填材料的指標要求，可用來做為抗凍脹材料。

2.3.3.2 抗凍脹設計

經工程地質人員沿線取原狀土樣的實驗結果及地質剖面揭露圖顯示，渠道邊坡坐落在粘粒含量＞6%的砂壤土層，地基土屬于凍脹土。因此渠道橫斷面設計中，對該渠道須考慮防止凍脹破壞的工程措施。

本次設計根據建材分布情況，擬采用換填含粘粒量＜6%的砂礫石作為防凍脹換填建材。本設計中，抗凍層厚度根據中華人民共和國行業標準《水工建筑物抗冰凍設計規范》（SL211-98）計算。

該地區屬溫帶大陸性氣候，渠床各部位換填深度（即抗凍層厚度）Zn可按下式計算：

式中：ε—置換比（%）由表查得坡面頂部ε=60%、坡面下部和渠底取ε=80%；δ0—襯砌板厚度（m）；Zd—置換部位的設計凍深。-Z

式中：φf—凍深年際變化的頻率模比系數，經查圖取為1.18；φd—日照及遮蔭程度影響系數；φw—地下水影響系數；Zk—標準凍土深度（m）；φi—典型斷面某部位的日照及遮蔭程度修正系數。陰陽面即左右側和渠底φi=1.15。a、b—系數，據建筑物所在的氣候區，建筑物計算斷面的軸線走向、斷面形狀及計算點位置可分別查表得。ZW0—鄰近氣象站的地下水位深度（m），ZW0=1.50m；α—系數，α=0.79；ZWi—計算點的地下水深度（m），可取計算點設計渠底線到當地凍結前地下水位的距離；e—常數，e=2.72。現將計算結果列于表2。

表2 渠床置換深厚度計算表

由于每條渠道與表中所列方向不一致，故將渠道依據走向、地下水位埋深、建筑物級別、土質4個條件對抗凍厚度進行確定，確定本工程防滲改建工程各渠道的抗凍層厚度。

3 結語

本項目實施后，水資源的利用率提高，減少水資源無效浪費，使綠洲范圍擴大，生態環境得到改善。工程的實施可有效地保證吐孜烏達克地區生態林及經濟林的需水要求，增加幼苗的成活率，項目的實施，有良好的社會、經濟、生態效益。工程興建對環境的有利影響大于不利影響，通過對不利影響采取環保措施后，影響可降至最低，本工程的改建可行，而其渠道斷面型式的設計必須考慮地質、工程管理和運行等實際情況，因地制宜。

TV671

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1673-8853（2016）09-0063-02

；2016-07-12

（責任編輯：劉青）

圖爾迪麥麥提·麥麥提，（1974-）男，新疆墨玉縣人，高級工程師，主要從事水利工程規劃、設計、招投標及建設管理工作。