塔城市小型農(nóng)田水利工程設(shè)計方案研究與分析

【摘要】塔城市恰合吉牧場小型農(nóng)田水利工程渠道改建工程，斷面形式采用現(xiàn)澆混凝土板梯形斷面，有效地利用了原渠道工程量，既保證了渠道工程質(zhì)量，又降低了工程造價。

【關(guān)鍵詞】渠道改造；現(xiàn)澆混凝土板梯形斷面方案；應(yīng)用與分析

1、工程概況

恰合吉牧場遲尼拜村二支渠渠道是漿砌石，經(jīng)過近30多年的運行，工程年久失修，大部分防滲渠道因在山區(qū)，損害嚴重。防滲率較低，渠系建筑物均存在不同程度的損壞，供水能力大幅度降低，嚴重制約了項目區(qū)人民脫貧致富奔小康的步伐。本次改建二支渠3.0km，建筑物3座，建成后可提高用水率，也提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量使項目區(qū)的農(nóng)業(yè)得到了有利的發(fā)展。主要任務(wù)是解決項目區(qū)1.24萬畝耕地灌溉用水。

2、基本資料

2.1 氣象。項目區(qū)平均氣溫5.9℃，極端最高氣溫為40.3℃，極端最低氣溫為-39℃，年最冷月平均氣溫為-18℃，年土壤凍融循環(huán)次數(shù)小于100次。最大凍土深1.46m。多年平均風速2.5-3.1m/s，最大風速達34m/s。

2.2 水文。項目區(qū)主要依靠錫伯圖河水灌溉。錫伯圖河渠首設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配以實測系列典型年的分配為依據(jù)。根據(jù)年水量相近，灌溉期來水量偏少的選擇原則，在實測系列中分別選取1985年、1987年和1986年為典型年，采用水量控制、同倍比縮放，得到不同保證率P=25%、P=50%、P=75%和P=95%（豐水、平水、枯水和特枯水）的設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配。錫伯圖河渠首多年平均泥沙總量為0.86×104t。

2.3 工程地質(zhì)條件。項目區(qū)所在區(qū)域附近無中強地震，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖2001》分析，工程區(qū)所在區(qū)域地震基本烈度6度，動峰值加速度0.05g，地震動反應(yīng)普特征周期0.35s。恰合吉牧場遲尼拜村二支渠長3.0km，渠道呈南北走向，位于山前丘陵區(qū)，地形稍有起伏。渠基土巖性分為二層：第①層低液限粉土：層厚1.0～1.5m，土黃、灰黃色，松散，干燥～稍濕，上部0.2～0.3m為耕植土；土中粒徑<0.05mm的顆粒含量大于6%，屬凍脹性土；具輕微～中等濕陷性。第②層粉土質(zhì)礫：埋深1.0～1.5m，層厚大于4m，土黃色（局部青灰色），松散～稍密，稍濕～濕，以圓礫為主（局部為角礫），粉土充填，粉粒含量10%～20%；土中粒徑<0.05mm的顆粒含量小于6%，屬非凍脹性土；滲透系數(shù)2.2×10-3cm/s，中等透水性。該段地下水屬孔隙型潛水，勘探深度5m內(nèi)未見地下水。

3、工程設(shè)計

3.1 工程總體布置。由塔城市水管總站提供的該灌區(qū)多年引水資料分析，恰合吉牧場遲尼拜村二支渠接錫伯圖灌區(qū)新四支干渠，新四支干渠分水流量為1.5m3/s。本渠道改造工程的任務(wù)為解決二支渠滲漏及配套渠系建筑物工程，二支渠3.0km（樁號0+000～3+000），渠系建筑物3座。最大設(shè)計流量為0.8m3/s，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-99）規(guī)定，本次改造渠道的工程規(guī)模屬小2型，工程級別為5級，永久性主要水工建筑物級別為5級。

3.2 渠道工程

3.2.1 渠道流量確定。恰合吉牧場遲尼拜村二支渠控制灌溉面積1.24萬畝，設(shè)計流量Q設(shè)灌Q=0.8m3/s，加大流量Q加=1.25Q設(shè)=1m3/s。

3.2.2 渠道斷面形式的確定。渠道斷面形式沿用原渠道梯形斷面形式。對渠道橫斷面尺寸的確定也進行了水力最佳斷面和經(jīng)濟最佳斷面比較，并結(jié)合工程實際情況綜合確定。

3.2.3 渠道水力計算。梯形渠道過流能力計算采用明渠均勻流公式計算。

3.2.4 渠道岸頂超高計算

3.2.5 渠道橫斷面設(shè)計。根據(jù)分水閘流量為0.08m3/s，通過渠道水力要素計算，因分水流量小，渠深相差不大，所以渠道橫斷面均采用渠深0.7m，渠底寬0.5m，渠道上口寬2.6m。

渠道斷面形式為梯形，渠底和邊坡及渠道頂部均采用C20F200W4現(xiàn)澆砼板，砼板厚8cm，內(nèi)邊坡為1：1.5，渠底寬0.5m，渠深0.7m，堤頂寬1.5m，渠道下部設(shè)20cm砂礫石墊層。渠道每3m設(shè)一道橫縫，均采用高密度苯板上灌聚胺酯處理，縫寬2cm。渠道填筑土料要求壓實度≥0.96，墊層砂礫中料土的粒徑d≤0.075mm的含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr≥0.75。通過對渠道水利要素計算見下表，流速分別為2.3m/s、2.24m/s、2.07m/s、2.01m/s、2.24m/s均滿足《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》GB50288-99流速。砼糙率取0.017。襯砌防滲形式：全斷面采用現(xiàn)澆砼板作為防滲材料，確定渠道規(guī)模為小2型，渠道砼板厚度確定為8cm。

4、渠道工程方案分析

4.1 所選渠線既可縮短工期，又減少工程投資。遲尼拜村二支渠渠線如果選新線，雖然施工期不受渠道灌溉的影響，施工強度小，施工工藝簡單。但開挖方量大，投資高。因此擬建的渠道為老渠改造，渠道經(jīng)過多年的運行，渠床已處于穩(wěn)定狀態(tài)，渠道兩側(cè)灌區(qū)、下級渠道及渠道兩岸的路林都已基本固定成型，渠道如較大幅度調(diào)整縱坡，將引起渠道及兩側(cè)灌區(qū)的變動。如果沿用老渠線施工期可以搶在休灌期，施工期太短，施工強度較大。但開挖方量較小，投資較小，所以渠線仍延用原渠線。

4.2 充分利用原渠道梯形斷面，有力保證了工程質(zhì)量。梯形斷面在我區(qū)的渠道中應(yīng)用非常廣泛，技術(shù)也比較成熟，施工方便，工程造價略低。本次二支渠斷面設(shè)計以現(xiàn)澆砼板作為防滲材料，基礎(chǔ)開挖后可現(xiàn)澆，支模容易，施工工藝簡單，施工期較短，整體性好，工程質(zhì)量較好。因此，渠道斷面形式沿用原渠道梯形斷面形式。

4.3 渠道襯砌優(yōu)選現(xiàn)澆混凝土梯形斷面，糙率小，防滲效果較好。遲尼拜村二支渠道襯砌用現(xiàn)澆混凝土襯砌。基礎(chǔ)開挖后可現(xiàn)澆，支模容易，施工工藝簡單，施工期較短，整體性好。砼板糙率小，防滲效果好，允許不沖流速較大，即全斷面采用現(xiàn)澆砼作為防滲襯砌。

參考文獻：

[1]《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-2004.

[2]《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》GB50288-99.

[3]《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》SL482-2011.