一八四團(tuán)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)渠道工程設(shè)計(jì)分析

程文坤

(北屯市恒豐勘察設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，新疆 北屯 836000)

1　工程概況

本項(xiàng)目為2018年國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目，以下簡(jiǎn)稱項(xiàng)目。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀利用耕地面積為390.27 hm2。由于水利工程設(shè)施年久失修，導(dǎo)致灌溉水利用率較低，作物產(chǎn)量較低。項(xiàng)目區(qū)土地平整，土壤質(zhì)地好，地勢(shì)平坦，水資源豐富，集中連片開(kāi)發(fā)潛力較大。

項(xiàng)目區(qū)建設(shè)混凝土防滲渠道3.40 km及渠系建筑物10座，建設(shè)泵站8座，架設(shè)10 kV輸電線路0.62 km。項(xiàng)目區(qū)實(shí)施后，渠道全部防滲、加壓滴灌全部可以正常運(yùn)行，減少田間滲漏，將節(jié)約的水資源用于項(xiàng)目區(qū)生態(tài)用水，有利于項(xiàng)目區(qū)水資源的可持續(xù)利用，有利于項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，符合國(guó)家水利和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2　項(xiàng)目區(qū)渠道工程設(shè)計(jì)分析

2.1　水源

項(xiàng)目區(qū)灌溉由龍梁干渠控制灌溉，項(xiàng)目區(qū)取水過(guò)程為：

2.2　渠道規(guī)模確定

項(xiàng)目實(shí)施后，項(xiàng)目區(qū)灌溉采用加壓滴灌，斗渠按滴灌供水渠道計(jì)算規(guī)模。

Q=10IaA/(ηC)

(1)

式中：Q為渠道的設(shè)計(jì)流量，m3/s；Ia為設(shè)計(jì)灌溉補(bǔ)充強(qiáng)度mm/d；η為水利用系數(shù)；C為系統(tǒng)每日工作小時(shí)數(shù)，h；A為灌溉面積，hm2。

通過(guò)計(jì)算確定四分干5斗渠控制各地塊面積及流量，將各地塊所需流量累加確定5斗渠設(shè)計(jì)流量為0.72 m3/s[1]。1分斗渠按照滴灌首部所需流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3　渠道斷面設(shè)計(jì)

本工程斗渠改建，為了與原渠道較好銜接，斗渠斷面采用與原渠道斷面相同型式，渠道為梯形斷面，內(nèi)邊坡為1∶1.5，渠道堤頂左岸寬為1.0 m，右岸寬為1.0 m，外邊坡為1∶1.5。

2.3.1斗渠斷面型式比選

根據(jù)一八四團(tuán)和項(xiàng)目區(qū)基本情況以及當(dāng)?shù)囟嗄昵婪罎B情況，本工程斗渠斷面型式選用如下兩種方案進(jìn)行比選，方案比選情況見(jiàn)表1。

根據(jù)以上分析，U型斷面投資小、具有較好的水力條件，但最終確定選用梯型防滲渠。原因是U型渠施工技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，施工質(zhì)量不易控制，運(yùn)輸不方便，在運(yùn)輸過(guò)程中損耗較大；一八四團(tuán)以往做的都是梯型渠，梯型渠施工技術(shù)比較成熟，管理技術(shù)比較成熟[2]。

表1　斗渠斷面型式方案比選表

2.3.2斗渠防滲方式的設(shè)計(jì)

根據(jù)表2分析，考慮到以下幾點(diǎn)最終確定選用梯型渠道防滲材料為現(xiàn)澆混凝土板。現(xiàn)澆混凝土水力條件好；現(xiàn)澆混凝土耐久性好，使用年限長(zhǎng)；一八四團(tuán)渠道大多為現(xiàn)澆混凝土板，水管所對(duì)現(xiàn)澆混凝土板渠道管理維修經(jīng)驗(yàn)豐富。

表2　渠道防滲型式方案比選表

2.4　渠道縱斷面的設(shè)計(jì)

根據(jù)渠道的設(shè)計(jì)流量和實(shí)地勘測(cè)資料，在設(shè)計(jì)中綜合考慮現(xiàn)狀渠系高程等條件來(lái)控制渠道的縱坡具體有以下幾點(diǎn)。延用原渠道高程，做到工程量盡量小，挖填平衡及渠道穩(wěn)定。最后確定各個(gè)渠段水力要素見(jiàn)表3。

表3　渠道水力要素計(jì)算表

2.5　渠道邊坡、渠頂超高和渠道堤頂寬設(shè)計(jì)

超高確定依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288—1999)[3]中的第6.1.23.6條渠道超高值可采用0.3～0.8 m，5級(jí)渠道可適當(dāng)減小，但不應(yīng)小于0.1 m。本次設(shè)計(jì)渠道超高均在0.3～0.1 m之間。渠道內(nèi)邊坡依據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50600—2010)[4]中規(guī)定填方渠道最小邊坡系數(shù)。土質(zhì)為砂壤土?xí)r，內(nèi)邊坡不易小于1∶1.5，外邊坡不易小于1∶1.5。本工程內(nèi)邊坡為1∶1.5，外邊坡為1∶1.5。

采用原渠道渠頂寬度，左岸為1.0 m，右岸為1.0 m。

2.6　渠道抗凍脹分析

本地區(qū)屬嚴(yán)寒地區(qū)，在水利工程設(shè)計(jì)中要考慮建筑物凍融和凍脹問(wèn)題。本工程由于只考慮夏季農(nóng)業(yè)灌溉，冬季渠道不運(yùn)行，所以在抗凍設(shè)計(jì)中只分析渠道凍脹破壞問(wèn)題。

根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]中3.3.1的規(guī)定“細(xì)粒土及粒徑小于0.075 mm土粒重量超過(guò)土樣總重量10%的粗粒土為凍脹性土”，項(xiàng)目區(qū)渠道為凍脹性土。

根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》以及本工程的具體情況，進(jìn)行渠道的抗凍脹設(shè)計(jì)[6]，渠道凍脹設(shè)計(jì)概況見(jiàn)表4。

表4　渠道凍脹設(shè)計(jì)概況

本工程采用混凝土預(yù)制板防滲，根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》梯形斷面混凝土襯砌渠道允許法向位移值為0.5～2.0 cm，對(duì)于斷面深度小于1.5 m，襯砌板單邊尺寸小于2.5 m的渠道，可取大值，計(jì)算渠基土凍脹量略大于渠道襯砌結(jié)構(gòu)允許法向位移。由于本項(xiàng)目渠道防滲主要是斗渠，參考一八四團(tuán)已建工程，渠道需使用換填土，采用砂礫石土進(jìn)行換填，換填厚度為30 cm。

根據(jù)本地區(qū)多年來(lái)渠道防滲經(jīng)驗(yàn)，本工程現(xiàn)澆混凝土板設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)取C20，抗凍等級(jí)取F150，抗?jié)B等級(jí)取W4?，F(xiàn)澆混凝土板采用矩形塊，橫縫間距為4000 mm，板厚80 mm。封頂板強(qiáng)度等級(jí)為C20，抗凍等級(jí)為F150，尺寸為4000 mm×300 mm。

3　結(jié)　論

通過(guò)采取水利、農(nóng)業(yè)、科技等綜合措施進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田工程建設(shè)，使項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基本生產(chǎn)條件得到了改善，增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抵御自然災(zāi)害的能力。