淺談丘陵地區(qū)小型渠道整治工程設(shè)計(jì)

楊艷萍

(中江縣水務(wù)局雙河口水利水產(chǎn)站,四川中江,618105)

小型渠道指設(shè)計(jì)灌面333.33hm2(5000畝)以下或設(shè)計(jì)輸水流量0.5m3/s以下的渠道。這些渠道量大而面廣,工程本身并不復(fù)雜,但由于其工程投資一般很小且投資主體多元化,致使設(shè)計(jì)費(fèi)用很小,費(fèi)用收取也較難,正規(guī)設(shè)計(jì)單位一般都因設(shè)計(jì)費(fèi)用太少而不愿承擔(dān)設(shè)計(jì)工作,最后這些設(shè)計(jì)工作就只能由鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管理站的技術(shù)人員來完成。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管理站的技術(shù)水平千差萬別,故由其負(fù)責(zé)完成的設(shè)計(jì)成果也就有好有差,參差不齊,部分設(shè)計(jì)甚至違反相關(guān)規(guī)范,不符合工程實(shí)際,根本不能用于工程施工,將會(huì)給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。為利于工作,我結(jié)合近幾年從事小型渠道整治工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn),提出丘陵地區(qū)小型渠道整治工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,以供基層技術(shù)人員在這類設(shè)計(jì)工作中予以參考。

1 渠道縱斷面設(shè)計(jì)

渠道縱斷面(縱坡)設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)渠道的原有底板高程,特別是重點(diǎn)建筑物(如渡槽、倒虹管、隧洞、暗渠)進(jìn)出口的底板高程,原有渠道斷面尺寸和設(shè)計(jì)流量等因素,通過反復(fù)調(diào)整、計(jì)算分析確定。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下問題:

(1)盡量避免渠道底板大挖大填,以降低工程投資;

(2)滿足渠道的不沖不淤流速,保證設(shè)計(jì)輸水能力,達(dá)到邊坡穩(wěn)定和水流安全、通暢平穩(wěn)的目的。如果設(shè)計(jì)縱坡較大,流速太大,可采取跌水和陡坡等建筑物或改變渠道的斷面形式來解決;

(3)各級(jí)渠道之間和渠道各段以及建筑物上、下游水面應(yīng)平順連接;

(4)優(yōu)化縱坡設(shè)計(jì),避免重要建筑物過流能力未達(dá)到設(shè)計(jì)值而拆除重建;

(5)綜合考慮各種局部水頭損失。

2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

2.1 橫斷面結(jié)構(gòu)尺寸

渠道橫斷面結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)就是根據(jù)渠道的實(shí)際情況,考慮各種局部水頭損失,合理確定各渠段的設(shè)計(jì)水深、邊坡系數(shù)、設(shè)計(jì)渠底寬。計(jì)算時(shí)用先前確定的縱坡,設(shè)計(jì)流量,擬定合適的設(shè)計(jì)水深以及符合實(shí)際情況的邊坡系數(shù)和糙率,采用明渠均勻流公式試算出設(shè)計(jì)渠底寬。為簡單起見,也可直接用設(shè)計(jì)縱坡和加大10%～15%的設(shè)計(jì)流量試算出設(shè)計(jì)渠底寬。

2.1.1 邊坡系數(shù)。對(duì)于小型渠道的邊坡系數(shù),可依據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》及工程地質(zhì)條件和不同襯砌材料直接選取。

2.1.2 糙率。糙率可根據(jù)規(guī)范直接采用,小型渠道一般可取規(guī)范值的平均值。

2.1.3 渠道設(shè)計(jì)水深、超高。渠道設(shè)計(jì)水深可根據(jù)原有渠道的斷面尺寸綜合考慮確定,充分利用原有渠道高度和寬度,以降低渠道襯砌高度,減少工程投資。小型渠道的襯砌超高一般為0.2m～0.3m,可依據(jù)實(shí)際情況確定。

2.1.4 計(jì)算整理渠道底寬。根據(jù)渠道的設(shè)計(jì)流量計(jì)算各渠段的設(shè)計(jì)渠底寬。整治渠道工程為已成渠道,為充分利用原有渠道,減少工程投資,各渠段的整治方案和設(shè)計(jì)縱坡各不相同,其設(shè)計(jì)渠底寬也不盡相同。

2.2 明渠整治措施

丘陵地區(qū)小型渠道大多傍山而建,地形地質(zhì)情況較為復(fù)雜。明渠整治設(shè)計(jì)時(shí),一般都要綜合考慮“防滲”和“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定”問題,可采取打光(抹面)、漿砌條石護(hù)坡、漿塊(卵)石抹面、混凝土襯砌、原砌體開勾縫(或打光抹面)、U型渠槽、低壓素混凝土管道等措施,以達(dá)到渠道穩(wěn)固、防滲的目的。

2.2.1 打光(抹面)利用。打光(抹面)利用主要適用于較完整的砂巖渠槽,應(yīng)有足夠的可開挖面。開挖完成并打光后,渠道過流能力能滿足過流要求而無明顯滲漏時(shí),可以不抹面,否則采取M 10水泥砂漿抹面。

2.2.2 漿條石護(hù)坡。丘陵地區(qū)有大量砂巖貯藏,人工開采成為條(塊)石后便是渠道的襯砌材料。漿砌條石護(hù)坡的整治方案,在丘陵地區(qū)小型渠道整治工程中應(yīng)用廣泛,特點(diǎn)是:能就地取材,經(jīng)久耐用,降低工程造價(jià),且大量使用農(nóng)民工,可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增加收入。該法主要適用于當(dāng)?shù)厣皫r滿足質(zhì)量和貯藏量要求,且開采和運(yùn)輸方便,渠槽邊坡基本穩(wěn)定的渠道整治。漿砌條石厚度一般約為30cm,砌筑砂漿一般用M7.5水泥砂漿,砌筑完成14天以上再開槽勾縫,縫深為5cm左右,縫寬為2cm～3cm,勾縫砂漿采用M 10水泥砂漿。

2.2.3 漿塊(卵)石抹面。漿塊(卵)石抹面主要適用于渠道邊坡穩(wěn)定、但有滲漏的渠段整治。渠道附近無塊石時(shí),也可用卵石代替。砌筑采用M 7.5水泥砂漿,厚度20cm～25cm,抹面采用M 10水泥砂漿。其特點(diǎn)是:防滲效果好、抗沖耐磨、堅(jiān)固持久,施工簡便,群眾易掌握,可就地取材,造價(jià)較低。該防滲形式特別適宜丘陵地區(qū)石料豐富的地方應(yīng)用。

2.2.4 混凝土襯砌?；炷烈r砌護(hù)坡主要用于渠底和渠道邊坡較緩(一般為1∶0.7以上)且穩(wěn)定,開采條塊石不方便的渠段。底板襯砌厚度一般為6cm～8cm,邊坡襯砌厚度一般為8cm～10cm,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為1.0MPa～1.5MPa。其特點(diǎn)是:堅(jiān)固持久,防滲效果好,占地少,可減少清除雜草、淤泥的工作量;其缺點(diǎn)是易受溫、濕度變化影響而發(fā)生裂縫。

2.2.5 原砌體開勾縫(或打光抹面)。渠道整治設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用原有砌體,以減少工程投資。對(duì)原有砌體未變形且線型基本符合要求的都可保留。原砌體條石規(guī)則,石質(zhì)較好,且渠道過流斷面大于設(shè)計(jì)斷面,則采取開槽勾縫(用M 10水泥砂漿)處理;渠道過流斷面小于設(shè)計(jì)斷面或條石石質(zhì)易風(fēng)化的,則采取打光抹面(用M10水泥砂漿)處理。

2.2.6 U型渠槽。U型渠槽主要用于設(shè)計(jì)流量小于0.5m3/s,渠道邊坡穩(wěn)定且不高的渠段,具有厚度均勻、強(qiáng)度高、抗?jié)B抗老化性能好、輕便等特點(diǎn),廣泛用于小型渠道的防滲整治工程。

2.2.7 低壓素混凝土管道。低壓素混凝土管道主要用于設(shè)計(jì)流量小于0.3m3/s的渠道,且渠道的設(shè)計(jì)流速應(yīng)大于1.0m/s。由于工程投資較大,一般只用于渠道穿過居民區(qū)或渠道邊坡較高且易垮塌渠段。其特點(diǎn)是:防滲節(jié)水效果好、使用壽命長、減少淤積、管理方便、省地、運(yùn)行費(fèi)用低。

3 渠系建筑物設(shè)計(jì)

丘陵地區(qū)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、人行橋、機(jī)耕橋、傍測(cè)溢洪堰)。通過各種工程措施對(duì)這些建筑物進(jìn)行改造和防滲,使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和滿足相應(yīng)功能。

3.1 隧洞

通常我們根據(jù)不同的情況對(duì)隧洞采取以下措施進(jìn)行整治:

3.1.1 原隧洞未襯砌,時(shí)有吊塊或垮塌發(fā)生,則需進(jìn)行拱砌處理。邊墻和拱圈用M7.5水泥砂漿砌石,厚度為30cm,底板可用C15混凝土護(hù)底,厚度為8cm～10cm。需要注意的是,由于渠道需要的過流斷面不大,隧洞的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足工程施工和運(yùn)行管理方便的需要。

3.1.2 原隧洞未襯砌,但洞室圍巖穩(wěn)定,僅對(duì)其進(jìn)行減糙和防滲處理。

3.1.3 原洞已襯砌,但質(zhì)量較差或邊墻高度不夠,過流能力不滿足要求等,可采取拆除重建、調(diào)整隧洞縱坡、減糙等措施處理。

3.2 暗渠

對(duì)原有暗渠主要有兩種整治措施:

3.2.1 暗渠邊墻或拱頂變形、有垮塌危險(xiǎn),應(yīng)拆除重建。拱頂采用M7.5水泥砂漿砌拱石,厚度為30cm。邊墻采用M7.5水泥砂漿砌條石,厚度為30cm～40cm,底板用M7.5水泥砂漿砌條石,厚度為30cm。但需注意的是拱頂必需采用50cm～100cm厚的土石回填壓拱。

3.2.2 暗渠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,但過流能力偏小,可采取減糙、適當(dāng)調(diào)整縱坡的措施處理。

3.3 渡槽和倒虹管

渡槽和倒虹管一般都采取維修加固措施,使其滿足相應(yīng)的功能。如對(duì)渡槽的縱坡進(jìn)行調(diào)整,用M 10水泥砂漿抹面減糙等,使其達(dá)到設(shè)計(jì)過流能力;對(duì)渡槽用M10水泥砂漿抹面防風(fēng)化處理;維修倒虹管進(jìn)出口和沖砂閘等。

3.4 渠系小建筑物

3.4.1 放水洞。主要是根據(jù)需要設(shè)置,改造閘房和閘室,更換閘門和啟閉機(jī),達(dá)到開啟方便、便于管理、節(jié)約用水的目的。

3.4.2 山洪渡和傍側(cè)溢洪堰。丘陵地區(qū)渠道的背坡洪水較大,經(jīng)常由于溢洪設(shè)施不配套,大量洪水入渠而造成決堤,給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成重大損失。小渠道建泄洪閘不經(jīng)濟(jì),通常采用建山洪渡將背坡洪水渡到渠道外坡腳的溪溝中,減輕渠道的防洪壓力;對(duì)渠道內(nèi)的洪水通過傍側(cè)溢洪堰和放水洞排出。這樣,可大大降低工程投資,保證工程的安全運(yùn)行。傍側(cè)溢洪堰需建在渠堤基礎(chǔ)較好,且渠坡腳有泄洪溝的渠段,堰頂高一般與渠道設(shè)計(jì)正常過水水深齊平。

3.4.3 人行橋、機(jī)耕橋、便民梯(掏淤梯)。該類小建筑物的主要功能是滿足當(dāng)?shù)鼐用裢ㄐ泻腿∷男枰?應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)情和方便工程管理的需要設(shè)置。

4 結(jié)語

雖然小型渠道一般都認(rèn)為是較為簡單的水工建筑物,但要設(shè)計(jì)一條真正安全、經(jīng)濟(jì)、效益顯著的渠道工程,卻非易事。它需要我們搜集較為真實(shí)齊全的外業(yè)資料,并綜合分析各種因素,特別要搞好縱、橫斷面的設(shè)計(jì),以達(dá)到水流通暢,工程安全、經(jīng)濟(jì),技術(shù)先進(jìn),并為建后的工程管理工作創(chuàng)造好先決條件。