浅谈丘陵地区小型渠道整治工程设计

　　摘要：针对丘陵地区小型渠道量大面广和情况复杂的特点, 介绍这类渠道整治设计的要点和设计中应注意的问题。

　　关键词：丘陵地区 小型渠道 设计

　　小型渠道指设计灌面333.33hm2 (5000亩)以下或设计输水流量0.5m3/s以下的渠道。这些渠道量大而面广, 工程本身并不复杂, 但由于其工程投资一般很小且投资主体多元化, 致使设计费用很小, 费用收取也较难, 正规设计单位一般都因设计费用太少而不愿承担设计工作, 最后这些设计工作就只能由乡镇供水管理站的技术人员来完成。各乡镇供水管理站的技术水平千差万别, 故由其负责完成的设计成果也就有好有差,参差不齐, 部分设计甚至违反相关规范, 不符合工程实际, 根本不能用于工程施工, 将会给国家和人民的生命财产造成重大损失。为利于工作,我结合近几年从事小型渠道整治工程设计的经验, 提出丘陵地区小型渠道整治工程设计的要点和设计中应注意的问题, 以供基层技术人员在这类设计工作中予以参考。

　　1 渠道纵断面设计

　　渠道纵断面(纵坡)设计, 应根据渠道的原有底板高程, 特别是重点建筑物(如渡槽、倒虹管、隧洞、暗渠) 进出口的底板高程, 原有渠道断面尺寸和设计流量等因素, 通过反复调整、计算分析确定。在设计中应注意以下问题:

　　(1) 尽量避免渠道底板大挖大填, 以降低工程投资;

　　(2) 满足渠道的不冲不淤流速, 保证设计输水能力, 达到边坡稳定和水流安全、通畅平稳的目的。如果设计纵坡较大, 流速太大, 可采取跌水和陡坡等建筑物或改变渠道的断面形式来解决;

　　(3) 各级渠道之间和渠道各段以及建筑物上、下游水面应平顺连接;

　　(4) 优化纵坡设计, 避免重要建筑物过流能力未达到设计值而拆除重建;

　　(5) 综合考虑各种局部水头损失。

　　2 渠道横断面设计

　　2.1　横断面结构尺寸

　　渠道横断面结构尺寸的设计就是根据渠道的实际情况, 考虑各种局部水头损失, 合理确定各渠段的设计水深、边坡系数、设计渠底宽。计算时用先前确定的纵坡, 设计流量, 拟定合适的设计水深以及符合实际情况的边坡系数和糙率, 采用明渠均匀流公式试算出设计渠底宽。为简单起见, 也可直接用设计纵坡和加大10% ~ 15% 的设计流量试算出设计渠底宽。

　　2.1.1边坡系数。对于小型渠道的边坡系数, 可依据《渠道防渗工程技术规范》及工程地质条件和不同衬砌材料直接选取。

　　2.1.2糙率。糙率可根据规范直接采用,小型渠道一般可取规范值的平均值。

　　2.1.3渠道设计水深、超高。渠道设计水深可根据原有渠道的断面尺寸综合考虑确定, 充分利用原有渠道高度和宽度, 以降低渠道衬砌高度, 减少工程投资。小型渠道的衬砌超高一般为0.2m~ 0.3m, 可依据实际情况确定。

　　2.1.4计算整理渠道底宽。根据渠道的设计流量计算各渠段的设计渠底宽。整治渠道工程为已成渠道, 为充分利用原有渠道, 减少工程投资, 各渠段的整治方案和设计纵坡各不相同, 其设计渠底宽也不尽相同。

　　2.2 明渠整治措施

　　丘陵地区小型渠道大多傍山而建, 地形地质情况较为复杂。明渠整治设计时, 一般都要综合考虑“防渗” 和“结构稳定”问题, 可采取打光(抹面)、浆砌条石护坡、浆块(卵) 石抹面、混凝土衬砌、原砌体开勾缝(或打光抹面)、U 型渠槽、低压素混凝土管道等措施, 以达到渠道稳固、防渗的目的。

　　2.2.1打光(抹面) 利用。打光(抹面)利用主要适用于较完整的砂岩渠槽, 应有足够的可开挖面。开挖完成并打光后, 渠道过流能力能满足过流要求而无明显渗漏时, 可以不抹面, 否则采取M10水泥砂浆抹面。

　　2.2.2浆条石护坡。丘陵地区有大量砂岩贮藏, 人工开采成为条(块) 石后便是渠道的衬砌材料。浆砌条石护坡的整治方案, 在丘陵地区小型渠道整治工程中应用广泛, 特点是: 能就地取材, 经久耐用, 降低工程造价, 且大量使用农民工, 可为当地农民增加收入。该法主要适用于当地砂岩满足质量和贮藏量要求, 且开采和运输方便, 渠槽边坡基本稳定的渠道整治。浆砌条石厚度一般约为30cm, 砌筑砂浆一般用M7.5水泥砂浆, 砌筑完成14天以上再开槽勾缝, 缝深为5cm左右, 缝宽为2cm ~ 3cm, 勾缝砂浆采用M10水泥砂浆。

　　2.2.3浆块(卵) 石抹面。浆块(卵) 石抹面主要适用于渠道边坡稳定、但有渗漏的渠段整治。渠道附近无块石时, 也可用卵石代替。砌筑采用M75 水泥砂浆, 厚度20cm ~ 25cm, 抹面采用M10水泥砂浆。其特点是: 防渗效果好、抗冲耐磨、坚固持久, 施工简便, 群众易掌握,可就地取材, 造价较低。该防渗形式特别适宜丘陵地区石料丰富的地方应用。

　　2.2.4混凝土衬砌。混凝土衬砌护坡主要用于渠底和渠道边坡较缓(一般为1：0.7以上)且稳定, 开采条块石不方便的渠段。底板衬砌厚度一般为6cm ~ 8cm, 边坡衬砌厚度一般为8cm~ 10cm, 混凝土设计强度为1.0MPa~ 1.5MPa。

　　其特点是: 坚固持久, 防渗效果好, 占地少, 可减少清除杂草、淤泥的工作量; 其缺点是易受温、湿度变化影响而发生裂缝。

　　2.2.5原砌体开勾缝(或打光抹面)。渠道整治设计时应充分利用原有砌体, 以减少工程投资。对原有砌体未变形且线型基本符合要求的都可保留。原砌体条石规则, 石质较好, 且渠道过流断面大于设计断面, 则采取开槽勾缝(用M10水泥砂浆) 处理; 渠道过流断面小于设计断面或条石石质易风化的, 则采取打光抹面(用M10水泥砂浆) 处理。

　　2.2.6 U 型渠槽。U 型渠槽主要用于设计流量小于0.5m3 / s, 渠道边坡稳定且不高的渠段, 具有厚度均匀、强度高、抗渗抗老化性能好、轻便等特点, 广泛用于小型渠道的防渗整治工程。

　　2.2.7低压素混凝土管道。低压素混凝土管道主要用于设计流量小于0.3m3 / s的渠道, 且渠道的设计流速应大于1.0m / s。由于工程投资较大, 一般只用于渠道穿过居民区或渠道边坡较高且易垮塌渠段。其特点是: 防渗节水效果好、使用寿命长、减少淤积、管理方便、省地、运行费用低。

　　3 渠系建筑物设计

　　丘陵地区小型渠道渠系建筑物主要包括: 隧洞、暗渠、倒虹管、渡槽和渠系小建筑物(放水洞、便民梯、山洪渡、人行桥、机耕桥、傍测溢洪堰)。通过各种工程措施对这些建筑物进行改造和防渗, 使其结构稳定和满足相应功能。

　　3.1 隧洞

　　通常我们根据不同的情况对隧洞采取以下措施进行整治:

　　3.1.1原隧洞未衬砌, 时有吊块或垮塌发生, 则需进行拱砌处理。边墙和拱圈用M7.5水泥砂浆砌石, 厚度为30cm, 底板可用C15混凝土护底, 厚度为8cm ~ 10cm。需要注意的是, 由于渠道需要的过流断面不大, 隧洞的结构尺寸应满足工程施工和运行管理方便的需要。

　　3.1.2原隧洞未衬砌, 但洞室围岩稳定,仅对其进行减糙和防渗处理。

　　3.1.3原洞已衬砌, 但质量较差或边墙高度不够, 过流能力不满足要求等, 可采取拆除重建、调整隧洞纵坡、减糙等措施处理。

　　3.2 暗渠

　　对原有暗渠主要有两种整治措施:

　　3.2.1暗渠边墙或拱顶变形、有垮塌危险,应拆除重建。拱顶采用M7.5 水泥砂浆砌拱石,厚度为30cm。边墙采用M7.5水泥砂浆砌条石,厚度为30cm ~ 40cm, 底板用M7.5 水泥砂浆砌条石, 厚度为30cm。但需注意的是拱顶必需采用50cm~ 100cm 厚的土石回填压拱。

　　3.2.2暗渠结构稳定, 但过流能力偏小,可采取减糙、适当调整纵坡的措施处理。

　　3.3 渡槽和倒虹管

　　渡槽和倒虹管一般都采取维修加固措施, 使其满足相应的功能。如对渡槽的纵坡进行调整,用M10水泥砂浆抹面减糙等, 使其达到设计过流能力; 对渡槽用M10水泥砂浆抹面防风化处理; 维修倒虹管进出口和冲砂闸等。

　　3.4 渠系小建筑物

　　3.4.1放水洞。主要是根据需要设置, 改造闸房和闸室, 更换闸门和启闭机, 达到开启方便、便于管理、节约用水的目的。

　　3.4.2山洪渡和傍侧溢洪堰。丘陵地区渠道的背坡洪水较大, 经常由于溢洪设施不配套,大量洪水入渠而造成决堤, 给人民的生命和财产造成重大损失。小渠道建泄洪闸不经济, 通常采用建山洪渡将背坡洪水渡到渠道外坡脚的溪沟中, 减轻渠道的防洪压力; 对渠道内的洪水通过傍侧溢洪堰和放水洞排出。这样, 可大大降低工程投资, 保证工程的安全运行。傍侧溢洪堰需建在渠堤基础较好, 且渠坡脚有泄洪沟的渠段, 堰顶高一般与渠道设计正常过水水深齐平。

　　3.4.3人行桥、机耕桥、便民梯(掏淤梯)。该类小建筑物的主要功能是满足当地居民通行和取水的需要, 应结合当地实情和方便工程管理的需要设置。

　　4 结语

　　虽然小型渠道一般都认为是较为简单的水工建筑物, 但要设计一条真正安全、经济、效益显著的渠道工程, 却非易事。它需要我们搜集较为真实齐全的外业资料, 并综合分析各种因素, 特别要搞好纵、横断面的设计, 以达到水流通畅,工程安全、经济, 技术先进, 并为建后的工程管理工作创造好先决条件。