宋永華
(遼寧省東港市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧東港 118300)
鐵甲北五支渠道長(zhǎng)4 702 m,渠道比降1/9 000,灌溉面積1 507 hm2,灌溉水利用系數(shù)為0.65,原設(shè)計(jì)流量3.10 m3/s?,F(xiàn)狀渠道斷面淤積,雜草叢生,過(guò)流能力僅能達(dá)到2.15 m3/s,不滿足灌溉流量3.10 m3/s的要求,亟需對(duì)該渠道進(jìn)行渠道硬化。輸水能力低下,嚴(yán)重影響灌溉。該段渠道滲漏比較嚴(yán)重,應(yīng)采取防滲措施減少損失,以便達(dá)到節(jié)水目的,改造設(shè)計(jì)對(duì)渠道采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌。渠道底寬為1.5~3.0 m,邊坡1∶1.5。改造工程布置原則為不縮減原渠道斷面,不占渠道兩邊耕地。通過(guò)方案比選,提出了具體襯砌方案。
近幾年來(lái)東港灌區(qū)范圍內(nèi)渠道節(jié)水灌溉方面已建成多條渠道襯砌工程,主要結(jié)構(gòu)型式有以下3種。
素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。
梯形混凝土襯砌渠道,一般是從梯形土渠改造而來(lái),因其邊坡較緩,占地面積大。
1)友誼總干減糙:全長(zhǎng)5 900 m,渠底寬7.20~10.50 m,渠道總深度3.20 m;護(hù)坡采用素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板,未護(hù)底;護(hù)腳為1 000 mm深、600 mm寬埋石混凝土護(hù)腳。
2)鐵甲6支襯砌:全長(zhǎng)4 520 m,渠底寬3.00~5.50 m,渠道總深度1.61~1.88 m;護(hù)坡、護(hù)底均采用素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。
3)合隆聯(lián)干襯砌:全長(zhǎng)3 575 m,渠底寬4.00~5.00 m,渠道總深度2.40 m;護(hù)坡、護(hù)底均采用素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。
4)鐵甲新民支襯砌:全長(zhǎng)1 350 m,渠底寬1.50~3.00 m,渠道總深度1.84~1.89 m;護(hù)坡、護(hù)底均采用素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土板。
以上4項(xiàng)渠道減糙及襯砌工程均為東港灌區(qū)十期工程中的項(xiàng)目,涉及的渠道均為干、支渠。
素土夯實(shí)+砂卵石墊層+現(xiàn)澆(預(yù)制)混凝土U形槽。
U形渠道具有較佳的水力斷面,利于輸水輸沙,且具有較好的抗土基凍脹能力;同時(shí),渠道占地少,便于管理;缺點(diǎn)是施工比較復(fù)雜,修復(fù)難度較大。
U形混凝土渠道施工分現(xiàn)澆和預(yù)制安砌兩種?,F(xiàn)澆時(shí),設(shè)橫縫不設(shè)縱縫,為整體澆筑。預(yù)制時(shí),預(yù)制塊為整體U形,對(duì)較大U形渠道,也可由兩塊對(duì)稱的半U(xiǎn)形塊對(duì)裝而成,安裝后的接縫用高強(qiáng)度水泥砂漿或細(xì)石混凝土填塞搗實(shí),按二次澆筑混凝土處理;預(yù)制塊寬度為50~100 cm。填方渠段及U形渠土基必須填夯密實(shí)。
目前,灌區(qū)內(nèi)部分小流量支渠、斗渠、農(nóng)渠已建成U形渠道襯砌,其中稍大尺寸的U形混凝土渠道基本采用素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土U形槽的形式;小尺寸U形混凝土渠道,譬如田間農(nóng)渠等采用素土夯實(shí)+100 mm砂石墊層+40~70 mm厚預(yù)制混凝土U形槽的形式。因灌區(qū)內(nèi)渠道比降非常小,已建成U形混凝土渠道設(shè)計(jì)流量基本都小于1.00 m3/s左右,最大圓弧直徑為2.00 m,最大渠道總深度1.80 m。
素土夯實(shí)+500 mm砂卵石墊層+100 mm厚現(xiàn)澆混凝土矩形槽。
矩形混凝土渠道堅(jiān)固耐用,不易損壞,整體性強(qiáng),穩(wěn)定性好,占地少,施工容易,管理方便,缺點(diǎn)是混凝土用量較大。在槽寬等同于U形渠道圓弧直徑、同等水深的情況下,其過(guò)水面積稍大于U形渠道過(guò)水面積。
小型矩形渠道襯砌為整體式混凝土結(jié)構(gòu),各部分厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)受力而定。矩形混凝土渠道的結(jié)構(gòu)形式很多,除整體式外,還有側(cè)墻與底板分開(kāi)的分離式及中間有縱縫的兩塊L形對(duì)接式等形式。
目前,灌區(qū)內(nèi)部渠道因工程建設(shè)場(chǎng)地受限采用矩形渠道襯砌,此類渠道大都位于公路或居民區(qū)邊,尺寸稍大,形式均為側(cè)墻與底板分開(kāi)的分離式,流量均在2.00~3.00 m3/s。
鐵甲北五支襯砌設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)渠底高程及比降不變的情況下,均有護(hù)底,針對(duì)以上3種渠道襯砌形式進(jìn)行水力計(jì)算。各形式渠道尺寸及水利要素,見(jiàn)表1~3。
表1 梯形混凝土襯砌計(jì)算成果表
通過(guò)以上計(jì)算成果可看出,渠道上口寬度為梯形混凝土襯砌>矩形混凝土襯砌>U形混凝土襯砌。因該段渠道首尾高程及比降均不能變化,計(jì)算出的U形混凝土襯砌渠道受形體限制其渠道總深度最大,其余2種襯砌的計(jì)算條件控制渠道總深度不變。U形混凝土襯砌形式的渠頂高程較其他方案高。
考慮到襯砌頂部以上土堤超高放坡的影響:
表2 U形混凝土襯砌計(jì)算成果表
表3 矩形混凝土襯砌計(jì)算成果表
0+000~2+567段工程布置寬度,方案2較方案1兩岸合計(jì)減少約1.05 m,方案3較方案1兩岸合計(jì)減少約2.43 m;
2+567~3+585段工程布置寬度,方案2較方案1兩岸合計(jì)減少約1.04 m,方案3較方案1兩岸合計(jì)減少約2.62 m;
3+585~4+702段工程布置寬度,方案2較方案1兩岸合計(jì)減少約0.80 m,方案3較方案1兩岸合計(jì)減少約2.30 m。
方案1,因鐵甲北五支現(xiàn)狀即為梯形土渠,采用梯形混凝土襯砌比較適宜,不增加占地面積,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,抗凍性能好,施工方便,檢修維護(hù)方便。對(duì)地形的改變較小,渠道兩岸為斜坡,有利于田間動(dòng)物活動(dòng)遷徙,對(duì)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有益。
方案2,因鐵甲北五支現(xiàn)狀為寬淺型渠道,在保障渠底高程及比降不變的情況下,受U形渠形體限制,渠道總深度及水深均加大。該支渠水深加大,而干渠水位不變,致使渠道實(shí)際引水流量受限;另一方面渠道總深度的增加,使得渠堤頂高程增加,故而較方案1工程布置寬度節(jié)省僅1 m左右。
該U形混凝土襯砌3段的設(shè)計(jì)圓弧半徑分別為1.81,1.74,1.55 m,體形較大,須采用現(xiàn)澆施工方法。需采用背后加肋的方法,提高其抗凍脹及抗破壞能力。因體形較大,受沉降及凍脹要求,U形渠底及兩側(cè)土基必須填夯密實(shí),且要求嚴(yán)格。方案中,方案2施工最為復(fù)雜,修復(fù)難度最大。
方案3,在保障渠底高程、比降及水深不變的情況下,進(jìn)行矩形混凝土襯砌設(shè)計(jì),較方案1工程布置寬度節(jié)省2.30~2.62 m。
該矩形混凝土襯砌3段的設(shè)計(jì)底寬分別為4.63,4.19,3.90 m,體形較大,須采用現(xiàn)澆施工方法,形式為側(cè)墻與底板分開(kāi)的分離式,兩岸側(cè)墻按照獨(dú)立擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也需考慮墻背及渠底凍脹力及建筑物抗破壞能力。對(duì)兩側(cè)墻基礎(chǔ)要求嚴(yán)格,施工相對(duì)復(fù)雜,修復(fù)難度較大。
設(shè)計(jì)對(duì)上述3種鐵甲北五支襯砌型式進(jìn)行方案比選,對(duì)各襯砌方案的單位延長(zhǎng)米襯砌面積進(jìn)行比較,見(jiàn)表4。
表4 各襯砌方案的單位延長(zhǎng)米襯砌面積成果表m2
由表4可以看出在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,雖說(shuō)方案2單位延長(zhǎng)米襯砌面積最小,但由于方案2屬體形較大U形渠,須設(shè)置加強(qiáng)肋及渠頂橫向撐桿,渠底及兩側(cè)土基必須填夯密實(shí)。方案3較方案2單位延長(zhǎng)米襯砌面積略小,但其形式為側(cè)墻與底板分開(kāi)的分離式,兩岸側(cè)墻按照獨(dú)立擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)兩側(cè)墻基礎(chǔ)要求嚴(yán)格。綜上所述,從各方面優(yōu)缺點(diǎn)考慮,方案1要優(yōu)于其余方案。因此,該工程襯砌型式推薦采用方案1。
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