三通河灌区渠道工程设计

三通河灌区渠道工程设计

张宏生

（辉南县水利勘测设计处，吉林，辉南，135100）

【摘要】三通河灌区始建于日伪时期，当时灌溉面积仅有3.7万亩。解放后，随着国民经济的恢复和好转，农业生产条件得到了显著的改善，目前灌区已初具规模；灌区现有渠道大多为土渠，干渠渠道总长约为34.7公里，经前几年完成衬砌的仅为6公里，衬砌率仅为17.3%，且土渠经过多年运行，边坡被水流冲刷严重，渠坡坍塌，严重影响渠道输水能力，影响农田灌溉。本次三通河现代农业生产发展资金项目工程对灌区现有的一条干渠进行衬砌整治，渠道衬砌9.401公里，使其体现现代农业发展的方向。

【关键词】渠道；结构型式；冻胀计算；安全运行

1概述

辉南县三通河灌区地处吉林省东南部辉南县境内，分布在辉发河及其支流三通河沿岸Ⅰ、Ⅱ级阶地上。地理位置在东径126°00′～126°25′，北纬42°27′～42°38′之间。灌区现有水田灌溉面积13.39万亩，目前初步形成了比较完善的灌排体系，规划设计各类渠系建筑物320座，现有各类渠系建筑物176座，配套率为55%，损坏率为28.4%；灌区现有渠道大多为土渠，干渠渠道总长约为34.7公里，经前几年完成衬砌的仅为6公里，衬砌率仅为17.3%。

2渠道工程地质评价

渠道衬砌为西干渠桩号13+691.67-24+523.10段渠，总长为9.401公里。渠道为挖方已成渠道，位于阶地上；渠深0.9-2.0m，组成渠身及渠底岩性为单一的粘土。

渠坡及渠底岩性均为粘土（1）层，且渠底以下厚度较稳定，其渗透系数粘土(1)层为2.56×10-4cm/s，为中等透水层，渠道存在渗漏问题。粘土（1）层天然含水量W=33.3%，大于塑限Wp=25.7%，存在冻胀问题。且Wp+5＜W＜Wp+19，枯水时地下水位埋深为0.4～1.6m，通水后及近冬季时埋深更小，均小于2.0m，因此粘土（1）层为强冻胀土，冻融问题严重。该粘土（1）层允许不冲刷流速为0.8m/s，抗冲刷能力低，加大放流时，存在冲刷问题；渠道弯曲处存在侧向侵蚀问题。

建议采取砼板衬砌的防渗漏、冻胀和冲刷措施，砼板下铺设一定厚度的细骨料防冻层。

3渠道衬砌设计

3.1渠道衬砌结构型式

干渠渠道砼板采用三元共聚纤维砼板，三元共聚纤维掺量为1.0kg/m3，渠坡及渠底板厚8cm，规格均为1m×1m（长×宽）。缝宽1cm，缝内填充沥青木板。混凝土板块下铺设无纺布，规格（400g/m2）。渠坡与渠底砼板无纺布下设20cm厚的反滤层，其中渠坡反滤层只在渠底向上垂直高度距离为50cm范围内设置。渠顶和坡脚处设封顶板及脚槽，封顶板尺寸为20cm×30cm，脚槽尺寸为30cm×50cm。封顶混凝土及脚槽混凝土每5m设置一道伸缩缝，缝宽1cm。为消弱冻胀，在停水期将渠道内的水尽快排出，在渠坡堤脚以上第一排板上设置排水孔。

砼强度等级：三元共聚纤维混凝土板强度等级为C20F200W4,脚槽砼及封顶砼的混凝土强度等级为C20F200W4。

3.2冻胀计算

3.2.1衬砌渠道抗冻胀设计基础数据

（1）项目地理、气候条件

本区属于北温带大陆性季风气候区，四季分明，其特点为春季干燥多风，夏季温热多雨，秋季凉爽晴朗，日温差大，冬季严寒而漫长。日平均气温低于零度的时间，一般从11月中旬起至翌年3月中旬，长达四个月之久。多年平均气温4.3℃，最高气温35.2℃；最低气温-40.8℃。无霜期一般在105－134天，由东南向西北递增。多年平均降雨量780mm，多集中在6－8月份，约占全年降雨量的70%左右。多年平均冰冻厚度0.96m，最大冻土深度1.7m。

（2）渠道工程地质特点

渠坡及渠底岩性均为粘土（1）层。粘土（1）层天然含水量W=33.3%，大于塑限Wp=25.7%，存在冻胀问题。且Wp+5＜W＜Wp+19；枯水时地下水位埋深为0.4～1.6m，通水后及近冬季时埋深更小，均小于2.0m，因此粘土（1）层为强冻胀土，冻融问题严重。

依据《渠道防渗工程技术规范》（SL18-2004）和《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）要求，对项目区混凝土衬砌渠道必须进行抗冻胀设计。

选取桩号17+033.97段来作为典型计算，渠宽6米，深2米，渠道N—S走向，（本次设计支渠均为同一走向）。根据《中国季节性冻土区标准冻深线图》取标准冻深为1.4米。渠道衬砌厚度为8cm,下设无纺布反滤。

3.2.2衬砌渠道抗冻胀计算

（1）设计冻深计算

《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—2006）渠系工程的设计冻深可按公式计算：

具体计算参数取值及衬砌渠道不同走向、不同位置设计冻深计算结果见下表。

根据地勘资料，设计渠道沿线地下水埋深0.4--1.3m，取不利情况，0.4m。代入公式计算。

（2）冻胀量计算

根据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—2006），基础结构下冻土层产生的冻胀量hf可按公式计算：

式中：hf——基础结构下冻土层产生的冻胀量（cm）；

h——工程地点天然冻土层产生的冻胀量（cm）；

工程天然状态下的冻胀量h可由《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006）黏土冻深与冻胀量的关系渠系查得。

——基础设计冻深（cm）；

渠道基础冻胀量计算参数取值及冻胀量计算结果详见下表。

（3）抗冻胀措施确定及结论

本次设计采用8cm厚三元共聚纤维混凝土护砌结构型式，允许法向位移值满足本次设计要求，同时，下设无纺布及20cm反滤层，结合当地实际情况，按照就地取材和节省投资的原则，就近采用当地的砂砾石做反滤层。根据辉南县多年实际渠道运用经验，选用20cm砂砾垫层换基，能有效的排除渠坡粘土水分，减少渠道冻胀。

4渠道衬砌总体布置

本次三通河现代农业生产发展资金项目工程以三通河灌区朝阳镇片为中心，南至楼街乡孙家店，北至三通河，东至龙安堡，西至刘船口，对灌区现有的一条干渠进行衬砌整治，渠道衬砌为西干渠桩号13+691.67-24+523.10段渠，总长为9.401公里，纵向比降为1/4000—1:10000，渠底宽1.5—6m，内边坡1:1.5，渠高1.5—2m。采用三元共聚纤维砼板，渠坡及渠底板厚8cm，混凝土板块下铺设无纺布，渠坡与渠底砼板无纺布下设20cm厚的反滤层，渠顶和坡脚处设封顶板及脚槽。

5结论

三通河灌区西干渠桩号13+691.67-24+523.10段总长为9.401公里渠道，为灌区主要输水干渠，原为土渠，经过多年运行，边坡被水流冲刷严重，渠坡坍塌，严重影响渠道输水能力，影响农田灌溉。本次设计完全按照现行规范要求，采取切实可行的设计方案,对该段渠道采用三元共聚纤维砼板护坡处理，使渠道的渗漏问题、冻胀问题、冲刷问题得以解决，保证了输水能力和灌溉要求，消除了安全隐患，使渠道能安全、可靠运行，体现了现代农业发展的方向。

参考文献：

[1]《灌溉排水工程设计规范》GB50288-99。

[2]《渠道防渗工程技术规范》（SL18-2004）。

[3]《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）。

[4]《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—2006）。