淺談毛卜喇村九社支渠渠道改建工程設計

魯 剛

（永昌縣四壩水利管理處，甘肅 永昌 737200）

0 引言

毛卜喇村九社支渠改建之前為未襯砌的土渠，由于多年的運行，水流對渠道的沖刷特別嚴重，渠道及配套設施破爛不堪。在農業灌溉時節，不僅對水資源造成嚴重浪費，還會對土渠沿線部分耕地造成嚴重的沖刷侵蝕，使沿線生態環境受到威脅[1]，還不利于渠道沿線水土的保持[2-3]。因此，加快對毛卜喇村九社支渠的改建非常重要且迫切。

1 工程概況

毛卜喇盆地位于金昌市南西28km，盆地東西長22km，南北寬14km，總面積268km2。毛卜喇村九社支渠就位于該盆地中。支渠改建設計的主要任務是在原有渠道的基礎上，本著填挖平衡，裁彎取直的原則，對渠道進行改建設計；希望通過改建現有渠道，改善原有渠道的輸水效率，提高渠道水力通行能力，減少水土流失。本次工程改建渠道長度0.955km（樁號：23+185～24+180）。

2 工程地質條件

渠道沿線區域地層的上層為沖洪積土或黃色粉質黏土，厚度約0.2～0.6m，下層為沖洪積相砂礫石層，層厚數十米至幾十米，呈青灰色，干燥，結構稍密～中密，局部具輕微泥鈣質膠結。砂礫石層中的礫石成分以砂巖、片巖、石英巖、灰巖、花崗巖為主，磨圓度較好，呈次圓、次棱角狀，一般粒徑為0.5～4cm，最大粒徑為15cm，無層理，無分選。渠基不存在地下水影響，砂礫石渠基具弱凍脹、強透水、承載力較高的工程特性；土質渠基具凍脹、弱透水、承載力低的工程特性。

3 改建渠道設計

3.1 流量與縱坡設計

3.1.1 流量設計

依據項目區灌溉制度和渠道控制面積核算本次改建渠道流量，并以此流量作為本次改建渠道的設計流量。

本次計劃改建渠道控制面積較小，按現狀灌溉制度斗渠采用輪灌方式，渠道最大過水量依據公式（1）進行計算。

式中：

Q——渠道設計流量，m3/s；

?——主要作物的種植比例，取1%；

m——主要作物用水高峰期的最大灌水定額，綜合灌水定額m=115m3/畝；

T——灌水延續天數，取2d；

t——每天灌水小時，取24h；

A——渠道灌溉面積；

η——灌溉水利用系數，干渠以下取0.53。

帶入參數計算可得Q=1.18m3/s，取設計流量Q=1.2m3/s。因此按過水流量1.2m3/s進行斷面設計復核。

3.1.2 縱坡選擇

根據現場實測情況和地形條件，改建后的渠道仍沿著原渠走向，對縱坡采用基本坡度不變，本著挖填平衡、裁彎取直原則進行設計。毛卜喇村九社支渠設計縱坡為1/67～1/236，縱坡設計滿足渠道運行中不沖不淤的流速要求。

3.1.3 流量復核

渠道流量復核采用公式（2）進行計算。

式中：

Q——渠道流量，m3/s；

A——過流斷面，m2；

C——謝才系數，C=（n為渠道糙率）；

R——水力半徑，m；

i——渠道縱坡，%。

經表1中的計算結果顯示，根據擬定斷面過流能力復核，在不同縱坡條件下設計斷面均能滿足過流要求，說明改建斷面設計合理。

表1 斷面流量復合計算結果

3.2 襯砌型式及材料選擇

根據灌區實際條件，選擇采用平底梯形斷面，對于襯砌材料的選擇，本次提出漿砌石和混凝土兩種襯砌材料進行比選。

方案一（見圖1所示）：C25細粒砼砌塊石襯砌，襯砌厚度為：渠底取30cm，渠坡為20～30cm(坡頂～坡腳)。渠基下布設砂礫墊層，渠底厚35cm，渠坡厚25～35cm(坡頂～坡腳)。不設置伸縮縫，渠道設計渠底寬0.5m，渠深0.8m,邊坡1∶1。

圖1 渠道襯砌方案一

方案二（見圖2所示）：現澆C25砼襯砌，襯砌厚度渠底取12cm，渠坡取10～12cm(坡頂～坡腳)。渠基下布設砂礫墊層，渠底厚50cm，渠坡厚40～50cm(坡頂～坡腳)。渠道每3m設置一道橫向伸縮縫，縫寬2cm，采用聚乙烯泡沫板夾縫，雙組份聚氨酯密封膏填縫。渠道設計底寬0.6m，渠深0.7m，邊坡1∶1。

圖2 渠道襯砌方案二

各方案優缺點比較如表2所示。

表2 渠道襯砌方案比較

綜合比較以上方案，考慮到方案二防滲效果較好，過流能力佳，且建筑材料當地就有產出，加之工期較短，所需勞動量較少，故設計時采用方案二作為推薦方案，即C25F150W6砼現澆襯砌。

3.3 伸縮縫設計

項目所建支渠每3m設置橫向伸縮縫一道，伸縮縫縫寬2cm，填充材料自下而上依次為聚乙烯泡沫板、雙組份聚氨酯密封膏，伸縮縫可以起到止水及彈性伸縮的作用。

3.4 抗凍脹設計

項目區海拔較高，冰凍期較長，渠道凍脹破壞比較嚴重。依據現行標準中襯砌渠道的允許凍脹變形量及項目區地基土凍脹量，需對改建渠道采取抗凍脹措施。由于本渠道工程采用梯形進行建設，在考慮凍脹量計算結果和現場施工條件后，決定采用置換砂礫石墊層的方法進行抗凍脹處理。考慮到渠道整體的受力作用，墊層不易過厚。雖然凍深在陰、陽坡面有差別，但是考慮施工便利因素，本次設計置換層不區分陰、陽坡，根據近年渠道建設經驗和計算砂礫石墊層置換深度確定本次改建渠道設計墊層置換厚度：渠底50cm，渠坡40～50cm。置換層砂礫石級配要求：平均粒徑d50=10～20mm，最大粒徑不超過100mm，含泥量（d<0.075mm）不大于5%。

4 結束語

本文以毛卜喇村九社支渠改建渠道工程為例，對渠道流量與縱坡設計、襯砌型式及材料選擇、伸縮縫設計和抗凍脹設計進行了詳細分析。將該設計運用到渠道實際改建中取得了較為良好的建設效果，且所有設計參數都滿足相關要求。渠道改建和原有渠道之間關系密切，不可脫離原有渠道實際條件開展改建設計，改建設計方案應按照原有渠道實際狀況進行編制。此外，在輸水量適宜的情況下盡可能擴大工程規模，滿足長遠用水需求，同時也要考慮有效減少工程造價。