韓 偉

（鄒平縣韓店鎮(zhèn)政府，山東濱州 256209）

農田灌溉渠道防凍脹施工設計方案比選分析

韓 偉

（鄒平縣韓店鎮(zhèn)政府，山東濱州 256209）

文章以某灌區(qū)農田干渠為實例，在分析渠道凍脹災害成因的基礎上，結合工程施工實際需求，通過方案比選，選取最優(yōu)施工設計方案。實際應用表明所選方案，在實現(xiàn)經濟成本優(yōu)化的同時取得良好防凍脹效果，該渠道未再發(fā)生凍脹損壞現(xiàn)象，有效保障了農業(yè)灌溉效率。

灌溉渠道 凍脹破壞 成因分析 施工設計

1 工程概況

某地區(qū)農田灌溉以渠道輸水為主，但受當時建設條件的限制以及后期缺乏有效管理維護的原因，渠道發(fā)生嚴重的凍脹破壞，渠道輸水有效性遭到很大程度的影響。干渠工程包括明渠56.62 km、一號隧洞1.78 km，伴行路56 km、渠道護坡、縱橫排水等。明渠為弧底梯形斷面，底寬4 m，渠深5.7～5.9 m，縱坡為1/8 000，邊坡系數(shù)為1∶2，隧洞為馬蹄形，直徑為6 m，主要承擔冬季發(fā)電引水與周邊灌區(qū)供水任務。由于地處冬季較為寒冷，渠道冬季運行時會出現(xiàn)流冰、岸冰等不同程度的冰凌災害，降低渠道輸冰過水能力，嚴重的甚至導致斷流、漫堤等情況，對于渠道正常功能的有效發(fā)揮造成嚴重影響。

2 渠道防凍脹施工設計

2.1 設計凍深

依據(jù)某干渠理念地質勘探報告顯示，渠道最大凍深為0.65 m，依照《渠系工程抗凍脹設計規(guī)范》（SL23-2006），渠系工程設計凍深計算公式如下（1）所示。

式中：dZ—渠道設計凍深，m； f?—凍深年際變化頻率模比系數(shù)；dψ—渠道日照及遮陰程度修正系數(shù)； wψ —地下水影響系數(shù)；kZ—渠道理念最大凍深，m。經計算，渠道各支部設計凍深如表1所示。

2.2 現(xiàn)狀凍脹量

依照對《渠系工程抗凍脹設計規(guī)范》（SL23-2006）附錄C中粉質粘性土層地表凍脹量查圖可知，某干渠邊坡地表凍脹量為75 mm，底部地表凍脹量為70 mm，依照凍脹性劃分標準，邊坡及渠底屬于Ⅲ級。

2.3 渠道抗凍脹方案比選

針對渠道凍脹土基可通過基土保溫或基土換填的方法進行處理，故對2種方案進行比選：方案1為基土保溫法，選用苯板鋪設保溫防凍層；方案2為基土換填法，選用沙礫料作為原材料，沙礫料在灌區(qū)內廣泛分布且儲量較大，可很好滿足施工需求。

2.3.1 方案1：基土保溫法

基土保溫法是通過消除渠道凍脹中的溫度因素來實現(xiàn)對凍脹災害的有效預防，其常用材料為苯板（聚乙烯泡沫板）。依據(jù)《渠系工程抗凍脹設計規(guī)范》（SL23-2006），鋪設厚度為鋪設渠段設計凍深的10%～15%，即6～11 mm。在充分結合工程實際地質的基礎上，參照土質、凍結指數(shù)等性能指標最終確定渠段鋪設聚乙烯泡沫板厚度為6 cm。通過市場調研當?shù)厥袌霰桨逡?guī)范分為15 kg/m3（250元）和18 kg/m3（280元）2種，該工程依據(jù)設計需要最終選擇規(guī)格為18 kg/m3的苯板。

2.3.2 方案2：基土換填法

基土換填深度計算公式如（2）。

表1 莫乎爾灌區(qū)某干渠各支部設計凍深 m

表2 防凍脹施工設計方案經濟對比

2.3.3 方案比選

從施工、投資及建材應用等方面對2種方案進行比選。方案1施工工藝相對簡單，換填所用沙礫料在灌區(qū)內廣泛分布且儲量較大，取材方便，工程投資成本較低，但工程土方換填量較大，施工周期較長。方案2土方填挖量小，施工周期短，但施工工藝相對復雜，投資成本較高。表2為兩方案經濟對比表，由表對比可知，方案2施工成本比方案1高 6.5萬元/km。因此，綜合考慮施工成本和施工進度需求（進度需求較低）最終選擇方案1作為渠道防凍脹施工設計方案。

2.4 施工后基土凍脹量評估

基土凍脹量評估公式如（3）所示。

經計算基礎下渠道邊坡與渠底基土凍脹量分別為3.65 mm和3.85 mm，兩者均符合設計規(guī)范要求，表明某干渠防凍脹施工取得良好效果。

3 結語

渠道輸水效率對農業(yè)灌溉有著重要的影響，尤其對于以明渠為主要輸水方式的農業(yè)灌溉區(qū)。針對某灌區(qū)干渠防凍脹施工改造，對比分析2種不同施工設計方案，在綜合考慮施工實際需求與施工成本優(yōu)化的原則上，選取最優(yōu)方案進行渠道防凍脹改造施工。改造工程完工以來，實際應用效果良好，渠道未再發(fā)生凍脹損壞現(xiàn)象，在最優(yōu)化工程施工成本，提升了渠道水資源利用效果，極大地保障了該農田灌溉效率。

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[4] 陳雯龍．新疆混凝土防滲渠道凍脹破壞成因分析及防凍脹措施．水利技術監(jiān)督，2011，（3）：45～47，55