灌區水渠改造工程施工技術應用及效果分析

苗艷麗 裴仁波 王鵬

（1.德州陵城區水利局，山東 德州 253500；2.德州市陵城區上善水務發展有限公司，山東 德州 253500）

0 引言

灌區水渠改造工程是對現有的灌溉設施進行擴建、重建和強化，以提升整個水利系統的產能。這種改造不僅涉及水利設施的改善，還包括建立一個有效的水管理體系，以更好地滿足排水、排澇和灌溉的需求，從而支持農業發展。我國許多地區當前面臨水資源匱乏的挑戰，灌區水渠的改造尤為重要，不僅能提高灌區水資源的綜合利用效率，還能通過采用先進的施工技術和設計方案，確保改造工作的高效和高質量完成。本文就灌區水渠改造工程施工技術的應用及效果進行分析。

1 工程概況

案例工程處于某河流支流的下游，灌區長為56km，寬為20km，內部覆蓋多個鄉鎮。主要以閘控制引水，年引水量最大為85m3/s。灌區所處區域屬于大陸性季風氣候，光照充足，年均降水量可達650mm，地質環境以第四紀巖性為主。總的來看，因年蒸發量（1100mm）超過年降水量，需對此灌區進行改造，以提升引水效率，解決降水量少于蒸發量的問題。灌區水渠基本情況見表1。

表1 灌區水渠基本情況

2 水渠需水量計算及改造方案確定

2.1 水渠需水量計算

經調研，改造區水渠使用漿砌卵石方式襯砌，斷面為梯形結構，隨著使用時間的增加，斷面處出現結構破損，需要重建。在改建工程實施之前，對渠道所需用水量進行分析，并對渠道改建內容進行合理的規劃，使之能更好地滿足灌區的節水要求。改建工程主干渠不同作物年需水調查結果見表2。

結合表2數據以及水利要求，若實現水資源高效利用需滿足水利用系數大于0.95的條件。計算水渠流量的公式為：

式中：η——水利要求灌溉系數；

A——灌溉設計面積；

q——設計灌溉率；

Q——水渠設計流量。

計算水渠凈流量和田間凈流量的公式為：

式中：Q1——水渠凈流量；

A1——水渠控制面積；

Q2——田間凈流量[1]。

2.2 水渠改造方案設計

一條全長1330m、設計流量為160m3/s 的水渠由于嚴重損壞而需進行拆除和重建。該渠道采用梯形圓弧斷面和漿砌卵石襯砌設計。由于梯形截面與其它截面形式相比，具有占地面積大、邊坡穩定好、對襯料需求小等優點，因此，選用梯形截面，可使施工工藝簡單化。在襯砌結構上，采取了漿砌石底、水泥坡面兩種襯砌方式。該方案設計的水渠深度為2m，襯砌結構的坡度比為1:1.5，底部寬度為1.5m（如圖1 所示）。該設計考慮到了施工的便利性、穩定性和耐用性，具有優越的抗沖刷和防滲性能，由于糙率較高，流速降低，減少了流速摩擦力，從而延長了使用壽命。

圖1 水渠襯砌斷面圖

3 水渠斷面施工

水渠溝槽斷面混凝土襯砌施工流程：測量放樣→粗修整邊坡→腳槽混凝土→設計防滲結構→填砂石墊層→模板制安[2]。

（1）測量放樣階段，渠道內側按間隔100m 放置混凝土樁，測定樁頂高程，構建高程控制網。而后在相鄰兩根混凝土樁中增加同樣尺寸的混凝土樁，便于施工開展。依據工程圖，標出中間樁的位置，確定渠道頂部及坡腳之間的坡腳線，并劃定整治范圍及腳槽面積。

（2）粗修斜坡階段，在坡腳及頂部按5m 間距設置一排木樁，與水渠軸線平行，測量混凝土標高，紅色色粉進行位置標記。使用機械設備粗整修坡面，要求整修前濕潤邊坡，避免出現擾動渠道堤身土方的情況。整修后壓實渠道堤身和回填土，測定壓實度滿足0.95的要求后進入混凝土配置與澆筑環節[3]。

（3）該工程中將纖維混凝土作為澆筑材料，經測量放線和高程測量作業后，現場拌制纖維混凝土，通過在坡面搭建溜槽作為混凝土入倉通路，采取人工振搗壓光的施工方法，實現腳槽混凝土澆筑。

腳槽混凝土澆筑質量與混凝土質量息息相關。該工程在普通混凝土原料中增加塑性纖維材料，取同質量的普通混凝土和不同纖維含量的纖維混凝土進行滲透性變化試驗，得到圖2 結果。由圖2 可以看出，不同纖維摻量的混凝土在養護28d 后的滲透系數分別為6.3× 10-7cm/s、5.8 × 10-7cm/s、5.5× 10-7cm/s、5.3×10-7cm/s，普通混凝土的滲透系數為6.5× 10-7cm/s，普通混凝土的滲透系數明顯低于添加纖維材料的混凝土，說明添加纖維材料的混凝土具備良好的抗滲性，能夠抑制收縮裂縫產生。

圖2 纖維混凝土與普通混凝土的滲透性變化曲線圖

（4）處理渠道溝槽過程中，要根據渠道特征和防滲要求采取防滲舉措。原水渠屬于半填半挖，首先需構建導滲溝，通過開挖溝渠將滲水排出，提高抗剪強度，防止在作業中因滲水影響結構穩定性。針對滲水面積較大的區域，搭建平臺形成透水壓滲作業平臺，并配以灌漿、防滲墻開挖等操作，將截流溝設置在外部[4]。遵從前堵后排的作業原則，并嚴格控制作業順序。

（5）將砂石墊層鋪設于坡面地面，在經掛線、標高核準后，按照設計鋪填厚度，將含泥量低于3%、粒徑為20～30mm 的天然級配碎石與中砂混合，鋪筑在水渠施工區域。

（6）腳槽模板所應用鋼槽材料為Ф14的鋼筋，起到固定鋼筋樁的作用。運用跳倉法施工，在坡面搭設溜槽。使用小型挖掘機要保證在接近倉面一半位置后整平混凝土，控制整平高度與原混凝土的高度，一般略高于模板即可。伸縮縫以間隔6m 的方式設置，每條伸縮縫的寬度為2cm，使用高壓聚乙烯閉孔泡沫板作為伸縮縫基礎結構。

4 水渠開挖邊坡支護

改建工程中，因引水隧洞進口位置較寬，需對其進行大范圍的邊坡開挖，從而使新建的邊坡變得比原來的大、高。水渠邊坡開挖施工是一個關鍵且復雜的工序，同時也是安全事故最易發生的環節，因此，為了防止地表變形或塌陷導致作業面坍塌事故，主要采取的防護措施包括設置排水溝、實施邊坡支撐或建立擋土墻，確保邊坡的穩定性和施工安全。

4.1 邊坡支撐防護措施

（1）擋土墻。擋土墻主要功能是提供保護，防止土壤和巖石松動。為了有效地發揮其作用，擋土墻的高度需要超過作業面的寬度和深度。

（2）排水溝。為了實現有效排水而設置排水溝，通常位于開挖深度超過20m 的區域。排水溝的具體位置一般位于開挖深度5m以下，且其寬度應超過30m，以確保水流可以順暢排出。

（3）支撐設置。水平支撐用于加強土體側面的結構穩定性，一般設置在開挖深度3～5m的地方，并沿坡腳設置適當長度。根據需要，豎向支撐的間距通常不超過50m。

（4）斜坡支護。斜坡支護一般應用于30～50m 的基坑開挖，以確保邊坡的穩定。豎向支撐一般不大于2m。邊坡支護體系的設計主要依賴于坡腳開挖的坡面，一般為1:2～1:3，即每一坡面僅有一座支擋結構面。

4.2 各支護措施的現場布置

（1）擋土墻的設置。基于現場具體條件，擋土墻可依據一定的傾斜度進行外部布置。為確保其功能性，擋土墻需與坡面保持直線且順暢的連接。需注意的是，在墻底或邊緣開孔時，必須保證結構的完整性，以防止影響擋土墻的正常功能。

（2）擋土墻與排水溝的結合。兩者應通過寬度不少于1m 的蓋板連接。每隔5m 設有至少60cm 孔徑和100cm 深度的排水孔。排水溝的深度通常在30～50cm，至少不少于40cm。

（3）排水孔的封堵。應用土壤或混凝土填充并密封排水孔，避免使用水泥砂漿或鋼筋混凝土。以防止雨水流失，以維護擋土墻的使用壽命。總體目標是保證擋土墻在施工過程中的穩定和功能，同時考慮有效排水需求，保護結構不受水害。

4.3 施工安全監測

為了確保施工安全，施工現場每個作業區域都應明顯標出圍巖安全監測點，以實現對圍巖穩定性的即時和準確監控。全方位的圍巖動態監測是為了確保每個作業面及其各個施工階段的安全與穩定。對于監測過程中發現的任何問題，都應及時處理，以保證監測工作的正常運行和有效性，實現對施工環境的全面監控，確保施工期間的安全性。

5 結束語

綜上所述，該灌區水渠改造項目引入多種施工技術實施改造，綜合灌溉水利用系數提升為0.97，滿足超出0.95標準的要求，符合灌區水渠改造要求。本次改造不僅提高了灌區水資源的綜合利用效率，還通過采用先進的施工技術和設計方案，確保了改造工作的高效和高質量完成，并有助于該灌區建立一個有效的水管理體系。