灌區(qū)渠道橫斷面設(shè)計(jì)及方案比選分析

馬鐵成 新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心

1.工程概況

塔爾郎灌區(qū)位于新疆吐魯番市，灌溉面積占全縣灌溉面積1/6，灌區(qū)主要種植作物為葡萄、甜瓜、棉花等，是吐魯番市重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。現(xiàn)狀灌區(qū)水利骨干工程存在渠道老化、渠板襯砌破損、滲漏嚴(yán)重等問(wèn)題，影響夏季灌溉期灌水保證率。灌區(qū)是渠首引水，干、支、斗、農(nóng)渠輸水的灌溉模式。本次工程對(duì)支渠進(jìn)行防滲改造總長(zhǎng)19.35km，設(shè)計(jì)流量2.5～4.0m3/s。

2.工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目區(qū)屬干旱地區(qū)，植被差，地表裸露，土壤松散，河道縱坡較大，中上游河段水流流速較大，山體切割破碎，當(dāng)發(fā)洪水時(shí)松散的土壤很容易被地面徑流侵蝕帶入河槽，增加水流中的夾沙能力，泥沙含量迅速增加，對(duì)渠道沖刷較大。渠道沿線地形坡度大，地勢(shì)東南低西北高，自然坡降3%左右，海撥高程在50～500m之間。渠道沿線主要為道路和戈壁。本次改造支渠布置于出山口沖洪積傾斜平原，地形北高、南低，渠線由北向南，大致沿沖洪積平原的傾斜方向穿行。渠道沿線地下水埋深大于15m對(duì)工程基本沒(méi)有影響。渠道土層為非凍脹性土，不具濕陷性。

3.渠道橫斷面方案比選

本次改造工程沿用原渠線。渠道斷面為半填半挖斷面，不占用或少占用耕地。

圖1 干砌卵石灌漿塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)斷面圖

圖2 渠底干砌卵石灌漿、邊坡漿砌石塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)斷面圖

圖3 渠底干砌卵石灌漿、邊坡現(xiàn)澆砼板塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)斷面圖

表1 渠道橫斷面結(jié)構(gòu)型式綜合比較表

3.1 渠道襯砌型式的選擇

渠道選擇水力最佳斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮老渠道橫斷面尺寸且裁彎取直，為梯形斷面。設(shè)計(jì)渠道橫斷面型式擬定干砌卵石灌漿塑膜雙防滲、渠底干砌卵石灌漿邊坡漿砌石塑膜雙防滲及渠底干砌卵石灌漿、邊坡現(xiàn)澆砼板塑膜雙防滲三個(gè)方案進(jìn)行比選。

方案一：干砌卵石灌漿塑膜雙防滲（全斷面為梯形）

方案一為拆除原斷面結(jié)構(gòu)，采用梯形斷面干砌卵石灌漿塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)型式。渠底及邊坡均采用35cm厚干砌石C20細(xì)粒砼灌漿，下鋪設(shè)0.5mm聚乙烯塑膜，封頂板現(xiàn)澆砼厚度8cm，寬度30cm。渠道內(nèi)、外邊坡均為1.5，堤頂設(shè)計(jì)寬度2.0m。設(shè)計(jì)見如圖1。

方案二：渠底干砌卵石灌漿、邊坡漿砌石塑膜雙防滲（弧形渠底、梯形邊坡）

方案二為拆除原斷面結(jié)構(gòu)，采用弧形渠底干砌卵石灌漿、梯形邊坡漿砌石塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)型式，厚35cm，下鋪設(shè)0.5mm聚乙烯塑膜，封頂板現(xiàn)澆砼厚度8cm，寬度30cm。渠道內(nèi)、外邊坡均為1.5，堤頂設(shè)計(jì)寬度2.0m。設(shè)計(jì)見如圖2。

方案三：渠底干砌卵石灌漿、邊坡現(xiàn)澆砼板塑膜雙防滲（弧形渠底、梯形邊坡）

方案三為拆除原斷面結(jié)構(gòu)，采用弧形渠底干砌卵石灌漿、邊坡現(xiàn)澆砼板塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)型式，底板厚35cm，邊坡板厚10cm，下鋪設(shè)0.5mm的聚乙烯塑膜。封頂板現(xiàn)澆砼厚度8cm，寬度30cm。渠道內(nèi)、外邊坡均為1.5，堤頂設(shè)計(jì)寬度2.0m。設(shè)計(jì)見圖3。

3.2 方案比選

對(duì)三個(gè)方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工、運(yùn)行、管理等多方面比較，渠道橫斷面結(jié)構(gòu)型式綜合比較情況見表1。

（1）投資方面：方案二的投資最大，較方案一每公里多3萬(wàn)元，較方案三每公里多6萬(wàn)元，方案一與方案三投資接近，方案三最省。

（2）施工條件：全部為拆除后進(jìn)行襯砌，襯砌材料為干砌石灌漿、漿砌石或者現(xiàn)澆混凝土板，施工難度都不大，建成后工程較為美觀，防滲效果較好。但方案三施工用水及砼養(yǎng)護(hù)用水均較大，而項(xiàng)目區(qū)用水條件不理想。

（3）運(yùn)行條件：對(duì)于本工程，渠道運(yùn)行條件主要表現(xiàn)在抗磨損方面，本渠道水中含砂量較大，對(duì)渠底的磨損較嚴(yán)重，渠道位于多風(fēng)地帶常帶進(jìn)一些砂石顆粒。由于流速大，水流及泥沙對(duì)渠道撲打、沖刷、磨損嚴(yán)重，方案一、二襯砌結(jié)構(gòu)具有較好的耐磨性。

綜上所述，三個(gè)方案的襯砌方式均能滿足渠道防滲要求，就渠道投資來(lái)說(shuō)，方案一最經(jīng)濟(jì)；抗磨損能力方面方案三最差；從建成后的美觀程度出發(fā)方案一最差；與原渠道斷面吻合度方面方案二吻合度最高，可顯著減少土方工程量。綜合考慮，結(jié)合當(dāng)?shù)匾呀ㄇ肋\(yùn)行情況，方案二具有較大的優(yōu)勢(shì)，本渠道防滲采用方案二為推薦方案。

4.結(jié)論

以塔爾郎灌區(qū)原有渠道工程為基礎(chǔ)，從抗磨損能力、投資、防滲效果、運(yùn)行管理、美觀及與原斷面吻合程度等方面擬定三個(gè)渠道橫斷面型式方案進(jìn)行比選，最終采用弧形渠底干砌卵石灌漿、梯形邊坡漿砌石塑膜雙防滲結(jié)構(gòu)型式，改建渠道具有適用性和耐久性，并具有較好的防滲性。