灌区渠道防渗改建工程设计方案探析

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摘要：新疆五团灌区渠道现状老化、破损严重，存在过水能力不足及水资源利用率低的问题，有必要对渠道进行防渗改造。本文以新总干渠为研究对象，在进行渠道纵、横断面设计及方案比选时充分考虑了技术可行性、经济合理性及工程实施后的运行管理是否安全等情况，经过渠道断面设计和加固改造，将有利于充分发挥灌区工程效益。

关键词：防渗改建；断面设计；方案比选；五团灌区；新疆

1工程概况

新疆五团灌区是兵团第一师的独立中型灌区之一，位于天山支脉哈里克套山南麓，阿克苏市以东56km，阿拉尔市以北104km，南疆铁路、国道G314乌喀公路由东至西横贯灌区。其地理位置东至玉尔滚山脚下，西邻扎木台乡，南至沙依科夫，北到盐山口，东西宽17km，南北长44km，占地750km2，地理坐标东经80°47′15″～80°52′30″，北纬41°12′30″～42°00′00″，规划总面积4．88万hm2。

2新总干渠设计方案比选

五团灌区骨干工程防渗改建的渠道是灌区剩余未进行防渗的土渠和部分损坏严重的防渗渠，分布于灌区内外，且较为分散。五团新总干渠位于灌区北面，主要任务是从五团龙口引水输送至灌区下级渠系，满足灌区农业灌溉及生产需求，是五团灌区的主动脉。其余干、支、分支渠位于灌区内部，是灌区的主要灌溉渠道。五团灌区新总干渠于2000年修建，因受当时条件限制，设计标准较低，建成交付投运起，渠道渠水内含推移质较多并且渠道流速大，存在石块的撞击、磨损损坏等情况，造成渠道部分渠段损坏。根据现状运行管理情况，渠道实际运行流量达不到设计流量，制约着五团农业和工业的发展。

2．1纵断面设计

新总干渠位于山前冲洪积扇，地势较陡，渠道纵坡较陡，纵断面设计面临最大问题是控制渠道流速，减少对渠道的冲刷。设计不仅要考虑流速满足规范要求，而且避免土方大量开挖和回填，同时满足渠道保留建筑物高程及上下游水位的衔接问题，以及现状渠道4＋000～11＋500出现损坏的问题，综合比较分析，进行纵坡设计。如何控制渠道流速是渠道纵、横断面结构型式选择的关键，初步设计阶段提出如下三个方案进行比较［1－6］。（1）方案一：纵坡与原渠道设计纵坡保持一致。干砌卵石座浆灌浆＋现浇混凝土断面形式在渠水中含推移质颗粒较多的渠道上使用较多，从目前五团、四团已使用的渠道运行情况来看，该方案渠道抗磨、抗冲刷能力较强，运行效果较好，比较成功。因此，五团新总干渠从工程实用、运行安全、管理方便、水流流态、工程占地等方面综合考虑，纵断面与现状渠道设计纵坡保持一致，通过优化横断面型式，提高设计标准，以满足渠道安全运行的需要。（2）方案二：增设陡坡方案（干砌卵石座浆灌浆＋现浇混凝土断面）。将0＋000～11＋500段纵坡由1／57～1／75减缓至1／100，调坡尽量控制土方工程量，避免大挖大填，原则控制设计堤顶不得高于实测现状地面3m，且设计渠底不低于实测现状地面3m，全段增设陡坡进行调坡，优化横断面形式。此方案同样采用干砌卵石座浆灌浆断面形式，糙率取实测n＝0．0275，按此方案需每隔600m增设一处陡坡，增加底宽，降低设计水深，减小流速至2．65～2．96m／s之间。（3）方案三：增设陡坡方案（全断面现浇混凝土）。此方案全断面采用现浇混凝土板衬砌，因混凝土板的糙率n＝0．015，糙率较小，要控制渠道流速，只有通过调缓渠道纵坡，才能达到减小渠道流速的目的，新总干渠0＋000～11＋500段纵坡由1／75～1／57减缓至1／200，调坡方案基本同方案二一致，按此方案需每隔350m增设一处陡坡，优化横断面形式。设计流速在3．46～4．13m／s之间。（4）方案比较。根据上述三个方案的优缺点进行综合分析，方案二和方案三增设陡坡较多，运行过程中容易造成渠道水流形态紊乱，后期运行上存在安全隐患，且土方工程量较大，结合新总干渠的现状运行情况，从投资、施工难易程度、新增占地等各方面综合分析，方案一均具有明显的优势。所以本阶段，推荐方案一为新总干渠防渗改建纵断面设计方案。

2．2横断面设计

经过现场调查，以新总干渠存在的实际问题及现状为切入点，拟定如下三个方案。（1）方案一：拆除原渠道重建。将原渠道干砌卵石座浆灌浆＋混凝土板全部拆除，将渠道设计底宽由3．5m加宽至6．0m、降低设计水深，达到降低渠道设计流速的目的。渠底、设计水位以下边坡、渠底均采用干砌卵石座浆灌浆护砌，厚度为35cm，卵石顶高于缝面3～5cm，卵石下设5cm砂浆垫层，设计水位以上边坡采用C30现浇混凝土板护砌，板厚10cm；砂浆垫层及现浇混凝土板下采用塑膜（膜厚0．5mm），膜下设5cm粗砂找平层，渠道设计内、外边坡均为1∶1．50，综合考虑运行管理、日常维护需要，将左堤作为管理道路，宽度5m并铺设砂砾石，右堤宽度3m，横断面采用宽浅式梯形断面。（2）方案二：保留原渠道，对渠底、弧形坡脚灌浆加固。保留原渠道断面，在原断面上进行加固。对原断面进行清洗，在渠底和弧形坡脚上铺设干砌卵石座浆灌浆，厚度为35cm，坡脚至坡顶采用C30混凝土，坡脚混凝土厚度35cm、坡顶混凝土厚度22cm，渠道设计内坡由现状1∶1．50调整为1∶1．75，外坡1∶1．50。综合考虑运行管理、日常维护需要，将左堤作为管理道路，宽度5m，并铺设砂砾石，右堤宽度3m，横断面采用弧形坡脚、梯形断面。（3）方案三：保留原渠道，对渠底、弧形坡脚加固。保留原渠道断面，在原断面上进行加固。对原断面进行清洗，渠底、弧形坡脚、边坡现浇C30混凝土板衬砌，渠底、坡脚混凝土厚度25cm，坡顶混凝土厚度10cm。渠道设计内坡由现状1∶1．50调整为1∶1．75，外坡1∶1．50。综合考虑运行管理、日常维护需要，将左堤作为管理道路，宽度5m，并铺设砂砾石，右堤宽度3m，横断面采用弧形坡脚、梯形断面。（4）方案比较。根据上述三个方案的优缺点综合分析，方案一渠底、边坡（设计水位以下）采用干砌卵石座浆灌浆结构型式，此方案卵石所需量较大，卵石采集难度大、砌石工作量大，并且砌石施工要求较高，一定程度上增加了施工难度。方案三工程造价高，部分渠段纵坡较陡，设计流速3．69～5．50m／s之间，流速超过规范要求3．00～5．00m／s之间。上述三个方案从施工工期、质量保证、防冲耐磨等方面综合分析方案二均具有明显的优势，确定方案二为新总干渠防渗改建横断面设计的推荐方案。

2．3新旧混凝土间隙处理方案比选

新总干渠横断面推荐方案是在原渠道渠底、弧形坡脚采用干砌卵石座浆灌浆加固、边坡采用现浇混凝土板加固，但是原预制混凝土边坡板与设计现浇混凝土板之间的距离仅为24cm，需进行处理，本次拟定两个方案进行比较：①原渠道预制混凝土边坡拆除。②原渠道预制混凝土边坡保留。方案一：原渠道预制混凝土边坡拆除，并且在原干砌卵石座浆灌浆边坡顶横向挖进1．5m，然后人工回填砂砾石，经过碾压、处理后，再修建设计现浇混凝土边坡。方案二：原渠道预制混凝土边坡保留，将设计现浇混凝土边坡板加厚，填充新、旧混凝土边坡板24cm的间隙。根据上述两个方案的优缺点综合分析，方案二原渠道预制混凝土边坡保留，将设计现浇混凝土边坡板加厚，填充新、旧混凝土边坡板24cm的间隙，导致此处设计混凝土板厚度增加至47cm，且这部分渠道在设计水位以上，设计水位时不过流，只做为安全超高部分，所以此方案造成C30混凝土的浪费，且形状不规则，增加了施工的难度，质量不易控制，方案一将原渠道预制混凝土边坡拆除，回填砂砾石，相对方案二造价低，且施工难度小，具有明显的优势。综合分析考虑，确定方案一为新总干渠新、旧混凝土间隙处理方法。

3结论

（1）通过后期运行状况、经济合理性、施工可操作性综合考虑，新渠道纵坡与原渠道一致的方案由于渠道抗磨、抗冲刷能力较强，运行效果较好，推荐为纵断面设计方案。（2）根据工程技术可行性、施工难易性、经济合理性考虑，推荐“保留原渠道，对渠底、弧形坡脚灌浆加固”的横断面设计方案。（3）由于原渠道预制混凝土边坡拆除具有造价较低、施工难度小的优点，推荐为新旧混凝土间隙处理方案。（4）新总干渠防渗工程改建，提高了渠道输水能力与安全性，改善灌区水利基础设施，对五团灌区可持续发展有积极的现实意义。

作者:何毅 单位:阿克苏塔河源勘测设计院有限公司