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摘要： 渠道衬砌是灌区提高输水效益的有效途径,本文简要介绍了桐乡市灌区运用预制U型渠槽在渠系工程中防渗固坡的主要做法及效益。
关键词：预制U型槽衬砌节水效益
Abstract: The lining of irrigation water channel is the effective ways to improve the efficiency, and this paper briefly introduces the Tongxiang use prefabricated U canal irrigation canal seepage control project in the slot of the main way of solid slope and benefits.
Key Words: precast u-shaped, slot lining, water saving, benefits
中图分类号：U415.6 文献标识码：A文章编号：
前言
在人类社会高度文明，物质生产极端发达的今天，节水浇灌成了一个世界性话题，吸引了越来越多人的关注。特别是近年来高效节水灌溉工程的推广，让农民得到了实惠。 “以前桐乡的灌溉模式就是‘一刀切’，水田怎么灌水,旱地就怎么灌水，其实这很不利于作物生长。”梨农老姚说，虽然听说过喷灌、滴灌、微喷等技术，但总觉得是外国人用用，想不到现在自己也能用上了。到2008年全市节水灌溉面积达到45.99万亩。
一、桐乡地理概况
桐乡市位于浙江省北部杭嘉湖平原腹地，东距上海131公里，北离苏州74公里，西邻杭州65公里，居沪、杭、苏金三角之中；境内地势平坦，河网密布，气候四季分明，自然环境优美，一派江南水乡景象，素有“鱼米之乡、丝绸之府、百花地面、文化之邦”之美誉。
随着我市产业结构的不断调整和用水量的增加，现在的水资源不再是取之不尽、用之不竭，灌区的用水必须严格实行合理的调度，积极推行节水浇灌，努力提高渠系水的利用系数。近年来，水利工作以科学发展观为指导，坚持“依法管水、科技兴水、合力治水”的工作方针，广大干部职工发扬“献身、负责、求实”的水利行业精神，水利水电水产事业取得了较大成就，为社会主义新农村建设做出了积极的贡献。
在长期的基层工作中，对预制渠槽衬砌护面防渗我们总结了一些经验，觉得有一定的研讨价值。
二、预制U型槽防渗衬砌的特点
许多灌区项目的渠道工程，由于施工导流存在难度，因此往往是利用非灌溉期抢修。而现浇U型渠槽机械施工，存在工期长、质量不易保证、抗冻性能差的缺点。而预制U型渠槽防渗衬砌具有施工简单、安装方便、防渗节水、经济实用、无需非凡的管理养护等优点。它不但提高了渠道的过水能力、挟砂能力和抗冲能力，而且节省了渠道历年来除障清淤等繁重的维修养护费用。通过实测，可以减少渗水损失85%～90%。
三、U形槽渠道工程设计
（一）工程概况
渠道工程是农田灌溉和排水必不可少的工程，而且面广量大，我市已从2000年开始全面采用预制U型渠槽现场安装作为农田灌排系统工程，经过几年来的现场使用，具有施工简单、安装方便、防渗节水、经济实用等优点。故在本项目中继续采用U型渠槽作为灌排渠建筑，基本上采用100×110、90×105、70×80、70×60、60×50、50×40六种规格。并配套相关的涵洞、窨井、穿路管、分水节制闸等渠系建筑物工程。渠系平面布置采用灌排分系、相间布置，采用一渠一路形式，即灌渠设置在路边，排水渠设在二路中间，渠与渠间距在80~100米。渠系建筑物设置：干渠与支渠、支渠与农渠的分水口分别设置分水闸，农渠长度200米以上设置节制闸；灌渠穿路采用有筋砼管，两端设置窨井；排渠穿路设置涵洞，并在进口出设置沉淀窨井，进出口设置挡土墙，防止路基泥土塌入渠中；农渠每隔25米设置出水管并装拍门及分水箱；排渠每隔25米设置进水管及集水箱。
（二）渠道流量的确定
假定子项目区中有一灌区面积为550亩，根据续灌渠道流量公式求得：
式中 —— 流量（/s）
M —— 灌水定额（/亩），取M = 80
T —— 灌溉天数T = 4天
W —— 灌溉面积W = 0.055万亩
t—— 泵站日工作时间t = 20小时
η —— 灌溉水利用系数取0.8。
（三）渠道断面设计
灌溉渠道设计流量确定之后，便可进行渠道的纵断面、横断面的设计。渠道设计的任务，一是使渠道具有足够的输水能力，并具有稳定的渠床；二是具有足够的水位，以控制全部灌区内的农田地面高程。渠道横断面设计的主要内容，是按照设计流量子力学通过水力计算确定渠道的横断面尺寸，如底宽（b）和水深（h）等。在正常情况下，灌溉渠道在一定长度的渠段内比降保持不变，断面尺寸不变，渠床糙率也大体相同，渠中水流接近于均匀流。因此灌溉渠道横断面尺寸可按明渠均流公式计算：
Q = WC√Ri
式中 Q —— 渠道设计流量（/s）
W —— 渠道过水断面面积（）
i —— 水力比降
C —— 谢才系数
n—— 渠床糙率
R —— 水力半徑（m）
（1）水力比降：在均匀流中与渠底比降一致，取i = 1/ 2000。
（2）渠床糙率：n = 0.014
（3）上口渠道边坡系数m：按桐乡平原地区土质，取m = 0.25
（4）假定采用70×80U型渠道圆形断面底口半径R = 0.20m，水深h = 0.70m，渠道安全超高0.1m。经计算渠道过水断面面积W = 0.329
湿周X = 1.66m
水力半径
谢才系数
渠道流量Q = WC√Ri = 0.329×58.34×√（0.198×1/2000 ）= 0.19 m3/s = Q设计
计算结果与原假定的相吻合，可以采用。
核算不冲不淤流速
Q 0.19
渠道流速V = —— = ——— = 0.57m/s
W 0.329
而V不冲 = KQ0.1 = 0.68×0.190.1 = 0.58m/s
V不淤 = 0.3m/s
V不淤 < V < V不冲
所以符合不冲不淤要求。
根据上述计算，700亩面积灌区可以采用底口圆型半径为0.20m，渠深h = 0.8，上口坡降m = 0.25的U型渠道断面尺寸，故取70×80规格U型渠道。
四、U形槽渠道施工技术
1、填土碾压
U形槽基础的密实度关系到渠道寿命的长短，为此必须重况填土夯实的质量。首先按照设计图纸，进行土方回填及夯实。填土碾压高度—般要求至渠深的3／4处，这样既节省碾压方量，又便用于安装。夯实后每10m进行干密度抽检，密度达到1．559／m3以上，同时注意顶面平整，以保证渠槽开挖准确。
2、开挖U形槽
分4道工序：①标中心线；②放点测量，点距一般为20～30m；③初挖，根据放好的中心线及其高程，确定初步开挖的宽度和深度，一般掌握两边各预留5～10cm左右；④放样架精心修理，两样架之间由上到下挂线精修，直至挖至设计的渠槽，其上口宽度一般比构件需要宽5～10cm左右，以利构件的安放。
3、浇筑混凝土(或粗沙、石渣)垫层
如果渠道需要负担排渍和排除地下水任务，需要在渠道底部填充粗砂或者石渣。其厚约10cm，宽度为U形构件的半径即可。若渠道土基为软基，需浇筑C10砼，厚度约6cm，宽度约为U形构件的半径即可。
4、安装灌缝
全U形渠道一般不需要浇灌垫层、铺底浆。半U形构件安装分4道工序：①在土基面上浇筑低标号(C10)砼垫层，其宽度垂直水流方向30～60cm(取U形槽半径)，厚度约6cm。构件安装时，于构件底部与垫层间打上低标号沙浆，以使构件与垫层接触紧密。②安装构件。安装时，重要的是保持上口两边线平直，其次是表面平整，接缝均匀。安装U形槽构件需要用钢筋制作一个与设计渠道宽度一致的拉筋，用拉筋控制和固定U形槽渠道的安装尺寸。③填缝。填缝材料分两种：底层与垫层或硬基相接时，采用细石砼或者是粗砂浆，应用半干硬性砼或沙浆，用人工捣实，使底层填料密实；侧缝填缝则用高标号(M15以上)水泥沙浆(或膨胀水泥沙浆，膨胀水泥掺用量为普通水泥用量的8％～12％)。施工方法分填平、压实、压光3道工序，其间有一定的时间间隙，这样处理后不易裂缝。④背面灌沙、填土。构件背面如果缝隙小于5cm以下，可采取背面灌沙办法，灌沙后用水灌实；如缝隙在5～10cm之间，可采取回填经水崩解的沙壤土；如缝隙大于10cm，可分层夯填粘土或沙壤土，但其粒径宜小于2cm，灌水后分层夯实。
5、修整堤顶堤坡
堤顶填筑应于填缝材料基本凝固后进行。填筑压实时应注意不可用重夯，应适度夯实。堤顶不应与路面同高，应保持比路面低15～20cm，以防機动车压坏渠道。
6、浇筑压顶混凝土
堤顶修整后，为保持渠道完整、美观，方便行走，需在U形构件渠道两边浇筑C20砼压顶。压顶厚度为8cm、宽度为15～20cm。浇筑压顶时应挂线控制边线，装模浇灌、压实砼，保持线条平直顺畅。
五、渠道U型防渗衬砌的节水效果
渠道渗水对通过几年的运行情况来看，防渗效果很好。另外，预制渠槽衬砌防渗便于管理养护、经久耐用、降低了灌水成本：
1、充分发挥现有工程效益，减少建筑物数量和尺寸。渠道U型防渗衬砌后，由于引水流速增大，可减少引水规模，缩小渠道断面，减少渠道土方工程和占地面积，缩小沿渠各类建筑物尺寸，从而减少工程量，诚少渠道管理费用。
2、防止耕地盐碱化和沼泽化。渠道不采取防渗措施，因渗漏而导致地下水位逐年上升，往往引耕地盐碱化。
3、防止渠道冲刷、淤积。渠道防渗一般都结合防冲、防淤和防塌。渠道衬砌后，由于糙率减少，流速加大，渠道就不容易淤积。
4、可加快灌溉速度，提高用水保证率。
5、减少渠道维修管理工作和费用。渠道衬砌后，可以避免杂草丛生，减少动物打洞，防止冲刷、淤积和坍塌，因此可减少大量维修养护工作和费用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：预制U型槽衬砌节水效益
Abstract: The lining of irrigation water channel is the effective ways to improve the efficiency, and this paper briefly introduces the Tongxiang use prefabricated U canal irrigation canal seepage control project in the slot of the main way of solid slope and benefits.
Key Words: precast u-shaped, slot lining, water saving, benefits
中图分类号：U415.6 文献标识码：A文章编号：
前言
在人类社会高度文明，物质生产极端发达的今天，节水浇灌成了一个世界性话题，吸引了越来越多人的关注。特别是近年来高效节水灌溉工程的推广，让农民得到了实惠。 “以前桐乡的灌溉模式就是‘一刀切’，水田怎么灌水,旱地就怎么灌水，其实这很不利于作物生长。”梨农老姚说，虽然听说过喷灌、滴灌、微喷等技术，但总觉得是外国人用用，想不到现在自己也能用上了。到2008年全市节水灌溉面积达到45.99万亩。
一、桐乡地理概况
桐乡市位于浙江省北部杭嘉湖平原腹地，东距上海131公里，北离苏州74公里，西邻杭州65公里，居沪、杭、苏金三角之中；境内地势平坦，河网密布，气候四季分明，自然环境优美，一派江南水乡景象，素有“鱼米之乡、丝绸之府、百花地面、文化之邦”之美誉。
随着我市产业结构的不断调整和用水量的增加，现在的水资源不再是取之不尽、用之不竭，灌区的用水必须严格实行合理的调度，积极推行节水浇灌，努力提高渠系水的利用系数。近年来，水利工作以科学发展观为指导，坚持“依法管水、科技兴水、合力治水”的工作方针，广大干部职工发扬“献身、负责、求实”的水利行业精神，水利水电水产事业取得了较大成就，为社会主义新农村建设做出了积极的贡献。
在长期的基层工作中，对预制渠槽衬砌护面防渗我们总结了一些经验，觉得有一定的研讨价值。
二、预制U型槽防渗衬砌的特点
许多灌区项目的渠道工程，由于施工导流存在难度，因此往往是利用非灌溉期抢修。而现浇U型渠槽机械施工，存在工期长、质量不易保证、抗冻性能差的缺点。而预制U型渠槽防渗衬砌具有施工简单、安装方便、防渗节水、经济实用、无需非凡的管理养护等优点。它不但提高了渠道的过水能力、挟砂能力和抗冲能力，而且节省了渠道历年来除障清淤等繁重的维修养护费用。通过实测，可以减少渗水损失85%～90%。
三、U形槽渠道工程设计
（一）工程概况
渠道工程是农田灌溉和排水必不可少的工程，而且面广量大，我市已从2000年开始全面采用预制U型渠槽现场安装作为农田灌排系统工程，经过几年来的现场使用，具有施工简单、安装方便、防渗节水、经济实用等优点。故在本项目中继续采用U型渠槽作为灌排渠建筑，基本上采用100×110、90×105、70×80、70×60、60×50、50×40六种规格。并配套相关的涵洞、窨井、穿路管、分水节制闸等渠系建筑物工程。渠系平面布置采用灌排分系、相间布置，采用一渠一路形式，即灌渠设置在路边，排水渠设在二路中间，渠与渠间距在80~100米。渠系建筑物设置：干渠与支渠、支渠与农渠的分水口分别设置分水闸，农渠长度200米以上设置节制闸；灌渠穿路采用有筋砼管，两端设置窨井；排渠穿路设置涵洞，并在进口出设置沉淀窨井，进出口设置挡土墙，防止路基泥土塌入渠中；农渠每隔25米设置出水管并装拍门及分水箱；排渠每隔25米设置进水管及集水箱。
（二）渠道流量的确定
假定子项目区中有一灌区面积为550亩，根据续灌渠道流量公式求得：
式中 —— 流量（/s）
M —— 灌水定额（/亩），取M = 80
T —— 灌溉天数T = 4天
W —— 灌溉面积W = 0.055万亩
t—— 泵站日工作时间t = 20小时
η —— 灌溉水利用系数取0.8。
（三）渠道断面设计
灌溉渠道设计流量确定之后，便可进行渠道的纵断面、横断面的设计。渠道设计的任务，一是使渠道具有足够的输水能力，并具有稳定的渠床；二是具有足够的水位，以控制全部灌区内的农田地面高程。渠道横断面设计的主要内容，是按照设计流量子力学通过水力计算确定渠道的横断面尺寸，如底宽（b）和水深（h）等。在正常情况下，灌溉渠道在一定长度的渠段内比降保持不变，断面尺寸不变，渠床糙率也大体相同，渠中水流接近于均匀流。因此灌溉渠道横断面尺寸可按明渠均流公式计算：
Q = WC√Ri
式中 Q —— 渠道设计流量（/s）
W —— 渠道过水断面面积（）
i —— 水力比降
C —— 谢才系数
n—— 渠床糙率
R —— 水力半徑（m）
（1）水力比降：在均匀流中与渠底比降一致，取i = 1/ 2000。
（2）渠床糙率：n = 0.014
（3）上口渠道边坡系数m：按桐乡平原地区土质，取m = 0.25
（4）假定采用70×80U型渠道圆形断面底口半径R = 0.20m，水深h = 0.70m，渠道安全超高0.1m。经计算渠道过水断面面积W = 0.329
湿周X = 1.66m
水力半径
谢才系数
渠道流量Q = WC√Ri = 0.329×58.34×√（0.198×1/2000 ）= 0.19 m3/s = Q设计
计算结果与原假定的相吻合，可以采用。
核算不冲不淤流速
Q 0.19
渠道流速V = —— = ——— = 0.57m/s
W 0.329
而V不冲 = KQ0.1 = 0.68×0.190.1 = 0.58m/s
V不淤 = 0.3m/s
V不淤 < V < V不冲
所以符合不冲不淤要求。
根据上述计算，700亩面积灌区可以采用底口圆型半径为0.20m，渠深h = 0.8，上口坡降m = 0.25的U型渠道断面尺寸，故取70×80规格U型渠道。
四、U形槽渠道施工技术
1、填土碾压
U形槽基础的密实度关系到渠道寿命的长短，为此必须重况填土夯实的质量。首先按照设计图纸，进行土方回填及夯实。填土碾压高度—般要求至渠深的3／4处，这样既节省碾压方量，又便用于安装。夯实后每10m进行干密度抽检，密度达到1．559／m3以上，同时注意顶面平整，以保证渠槽开挖准确。
2、开挖U形槽
分4道工序：①标中心线；②放点测量，点距一般为20～30m；③初挖，根据放好的中心线及其高程，确定初步开挖的宽度和深度，一般掌握两边各预留5～10cm左右；④放样架精心修理，两样架之间由上到下挂线精修，直至挖至设计的渠槽，其上口宽度一般比构件需要宽5～10cm左右，以利构件的安放。
3、浇筑混凝土(或粗沙、石渣)垫层
如果渠道需要负担排渍和排除地下水任务，需要在渠道底部填充粗砂或者石渣。其厚约10cm，宽度为U形构件的半径即可。若渠道土基为软基，需浇筑C10砼，厚度约6cm，宽度约为U形构件的半径即可。
4、安装灌缝
全U形渠道一般不需要浇灌垫层、铺底浆。半U形构件安装分4道工序：①在土基面上浇筑低标号(C10)砼垫层，其宽度垂直水流方向30～60cm(取U形槽半径)，厚度约6cm。构件安装时，于构件底部与垫层间打上低标号沙浆，以使构件与垫层接触紧密。②安装构件。安装时，重要的是保持上口两边线平直，其次是表面平整，接缝均匀。安装U形槽构件需要用钢筋制作一个与设计渠道宽度一致的拉筋，用拉筋控制和固定U形槽渠道的安装尺寸。③填缝。填缝材料分两种：底层与垫层或硬基相接时，采用细石砼或者是粗砂浆，应用半干硬性砼或沙浆，用人工捣实，使底层填料密实；侧缝填缝则用高标号(M15以上)水泥沙浆(或膨胀水泥沙浆，膨胀水泥掺用量为普通水泥用量的8％～12％)。施工方法分填平、压实、压光3道工序，其间有一定的时间间隙，这样处理后不易裂缝。④背面灌沙、填土。构件背面如果缝隙小于5cm以下，可采取背面灌沙办法，灌沙后用水灌实；如缝隙在5～10cm之间，可采取回填经水崩解的沙壤土；如缝隙大于10cm，可分层夯填粘土或沙壤土，但其粒径宜小于2cm，灌水后分层夯实。
5、修整堤顶堤坡
堤顶填筑应于填缝材料基本凝固后进行。填筑压实时应注意不可用重夯，应适度夯实。堤顶不应与路面同高，应保持比路面低15～20cm，以防機动车压坏渠道。
6、浇筑压顶混凝土
堤顶修整后，为保持渠道完整、美观，方便行走，需在U形构件渠道两边浇筑C20砼压顶。压顶厚度为8cm、宽度为15～20cm。浇筑压顶时应挂线控制边线，装模浇灌、压实砼，保持线条平直顺畅。
五、渠道U型防渗衬砌的节水效果
渠道渗水对通过几年的运行情况来看，防渗效果很好。另外，预制渠槽衬砌防渗便于管理养护、经久耐用、降低了灌水成本：
1、充分发挥现有工程效益，减少建筑物数量和尺寸。渠道U型防渗衬砌后，由于引水流速增大，可减少引水规模，缩小渠道断面，减少渠道土方工程和占地面积，缩小沿渠各类建筑物尺寸，从而减少工程量，诚少渠道管理费用。
2、防止耕地盐碱化和沼泽化。渠道不采取防渗措施，因渗漏而导致地下水位逐年上升，往往引耕地盐碱化。
3、防止渠道冲刷、淤积。渠道防渗一般都结合防冲、防淤和防塌。渠道衬砌后，由于糙率减少，流速加大，渠道就不容易淤积。
4、可加快灌溉速度，提高用水保证率。
5、减少渠道维修管理工作和费用。渠道衬砌后，可以避免杂草丛生，减少动物打洞，防止冲刷、淤积和坍塌，因此可减少大量维修养护工作和费用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。