杨艳萍

(中江县水务局双河口水利水产站,四川中江,618105)

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M 10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M 10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M 7.5水泥砂浆,厚度20cm～25cm,抹面采用M 10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M 10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M 10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。