德州市潘庄灌区衬砌方案优化设计

摘要：渠道衬砌防渗措施有很多，本文根据潘庄灌区的具体情况通过方案比选，选择优胜方案进行优化设计，为同类工程设计提供了可借鉴的经验。

关键词：渠道衬砌 防渗措施 方案比选 优化设计

Abstract: the channel lining prevention measures are many, in this paper, according to the specific conditions of PanZhuang irrigation by alternative schemes, choose better optimized design scheme, for the similar engineering design provides experience for reference.

Keywords: channel lining prevention measures scheme is selected optimization design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

潘庄引黄灌区位于德州市西部，东邻李家岸引黄灌区，南靠黄河，与济南市隔河相望，西部与聊城市接壤，西北部及北部以卫运河、漳卫新河为界与河北省相毗邻。控制土地面积5851km2，设计灌溉面积500万亩。

灌区总人口324.7万人，其中城镇人口86.3万人。工农业总产值435.1亿元(1990年不变价，下同)，其中：工业总产值328.5亿元，农业总产值106.6亿元。国内生产总值259亿元。

潘庄灌区是鲁北主要粮棉生产基地，在德州市国民经济和社会发展中占有十分重要的地位。铁路、公路四通八达。京沪、德石、济邯铁路和京福高速、济聊高速、青银高速、104、105国道纵横分布，交通便利。地理、自然资源条件优越，具有巨大发展潜力。

潘庄引黄灌区于1972年建成启用，设计灌溉面积500万亩，设计流量124m3/s，属大型引黄灌区。承担德州市德城区、武城、夏津、平原、陵县、宁津、禹城、齐河八个县(市、区)农业灌溉以及德州市生活用水和华能德州电厂、华鲁恒升集团供水。年平均引黄水量9.5亿m3，取得了十分显著的经济效益和社会效益。随着社会经济的发展，对水的需求量逐年增加，而黄河来水近年来呈逐渐减少趋势，灌区水资源供需矛盾日益突出，因此，灌区迫切需要进行挖潜改造建设，实施节水改造工程。

2、现有渠道衬砌措施

目前渠道防渗的工程措施很多，按防渗材料可分为土料、水泥土、石料、混凝土和沥青混凝土、沥青玻璃纤维布油毡及塑料薄膜等，各种防渗材料的特点、适用条件、使用年限、防渗效果等都不相同。

土料防渗包括粘土夯实、灰土、三合土、粘砂混合土等防渗措施。土料防渗效果较好，技术较简单，易于为群众掌握，造价低，但抗冻性、耐久性差，防冲性能差，允许流速低，质量不易保证，不适于机械、水力清淤及缺乏粘土资源的灌区。

水泥土防渗是利用土料、水泥和水拌和而成的材料作为防渗材料的一种防渗措施，防渗效果较好，施工较简单，造价较低，但早期强度和抗冻性较差，适于气候温和地区的3～5级渠道衬砌，对耐久性要求较高的明渠，宜用塑性水泥土，表面再用水泥砂浆、混凝土预制板、石板等做保护层。

砌石防渗抗冻、抗冲、耐磨、耐久性较好，使用年限较长，具有较强的稳定渠道作用，施工较简便，但不易采用机械化施工，施工质量较难控制，影响防渗效果，造价相对较高，适用于石材来源丰富的地区。

混凝土防渗是利用预制、现浇或喷射混凝土衬砌渠道的一种防渗措施，具有防渗效果好，抗冻、耐久性好，糙率小，允许流速大，强度高，便于管理，适应性广泛的优点，但适应变形能力差。

塑膜防渗是利用塑料薄膜、复合土工膜等土工织物等来减小或防止渠道渗漏损失的技术措施，防渗效果好，适应变形能力强，质量轻、用量少、施工简便，工期短，造价低，耐腐蚀性强，有保护层时，只要精心施工，确保质量，保护层完好，其使用寿命可达30年以上，土工膜料防渗常用于有保护层的防渗结构，保护层一般采用土料、混凝土等。

3、渠道衬砌方案比选

拟定五种方案进行比较：

方案一:土料防渗加混凝土预制板衬砌。全断面土料防渗，渠坡采用混凝土预制板，两边坡水位变化区均设聚苯乙烯泡沫板保温。坡脚采用浆砌石条形基础，坡顶混凝土预制板。

方案二:水泥土防渗加混凝土预制板衬砌。全断面水泥土防渗，渠坡采用混凝土预制板，两边坡水位变化区均设聚苯乙烯泡沫板保温。坡脚采用浆砌石条形基础，坡顶混凝土预制板。

方案三:浆砌方块石加塑料薄膜衬砌。厚18cm的浆砌方块石下铺设塑料薄膜，对渠道进行全断面衬砌，砌石与塑料薄膜间铺设素土垫层，垫层厚15cm，坡脚采用浆砌石条形基础，坡顶采用浆砌方块石。

方案四:浆砌块石衬砌。厚30cm的浆砌块石对渠道进行全断面衬砌，坡脚采用浆砌石条形基础，坡顶采用浆砌方块石。

方案五:复合土工膜防渗加混凝土预制板衬砌,全断面复合土工膜防渗。渠坡采用混凝土预制板，混凝土板下铺设复合土工膜，两边坡水位变化区均设聚苯乙烯泡沫板保温。坡脚采用浆砌石条形基础，坡顶混凝土预制板。

根据本工程的特点，方案比较主要考虑的指标有：①工程造价；②防渗性；③抗冻胀性；④耐久性；⑤稳定性；⑥施工难易程度及工期；⑦管理运行。

根据各指标在本工程中的重要性，进行级差量化处理，分值最高的方案即为最佳方案。各方案分值计算结果见下图。

经计算，方案五分值最高，结合灌区的实际情况，决定采用复合土工膜加混凝土预制板衬砌方案。

4、潘庄灌区渠道衬砌优化设计

（1）断面型式：梯形

（2）边坡：渠道原设计边坡为1:3，根据渠道的土壤岩性，考虑输沙渠含沙量较大，水流速度较快及水流条件较复杂等原因，衬砌边坡按A(1：2.5)和B(1：3)进行方案比较，从边坡稳定上分析，由于工程设计上设置了坡脚齿墙，故抗滑稳定计算两方案均满足要求；从投资上分析A方案较B方案可节省坡面衬砌长度1.79m，但增加回填土方量9.3m3，投资相差为混凝土板减少投资164元/m，增加回填土投资207元/m；从工程总体安排上分析，由于渠道衬砌工程是续建工程，B方案符合规划，连接顺畅， A方案变边坡则需增加渐变坡段；从输水水流角度分析，A方案较B方案造成连接段水流变化产生局部紊流，对渠道不利；从渠道堤防角度分析，A方案较B方案变边坡后，不仅影响到渠道边坡稳定也影响到堤防，出现缩堤；从沿岸建筑物角度分析，变断面后，建筑物应相应进行调整。因此，综合考虑，衬砌段渠道边坡仍采用1：3。衬砌顶以上堤防土坡边坡为1:3。

（3）渠道糙率：因总干渠为综合防渗，边坡采用砼板衬砌，河底为塑料薄膜上加土料保护层设计方案，砼板糙率取0.017，土底糙率取0.0225。因此渠道糙率应为综合糙率。因为渠底糙率大于边坡糙率，所以采用加权平均法进行计算。计算公式为：

式中：nr为砼板糙率，取0.017；

x1为砼板衬砌长度，根据本段边坡和水深计算，输沙渠为17.71m，总干渠为12.52m；

n2为渠底糙率，取0.0225；

x2为渠底宽长度，本段总干渠输沙渠底宽为45m，总干渠底宽为31m；

计算得综合糙率为：输沙渠为0.021，总干渠为0.021。

（4）衬砌顶高程：

根据《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99，输沙渠的加大流量系数为10%，该段渠道的设计流量为124m3/s，加大流量为136.4m3/s。

衬砌顶高程=渠道设计水位+安全超高

按照规范要求，并考虑泥沙淤积的影响，安全超高取1.0m。

衬砌顶高程通过渠道加大流量进行复核。经复核，满足要求。

（5）纵断面设计

山东省水利勘测设计院编制的《潘庄引黄灌区续建配套与节水改造规划报告》进行了渠道纵断面调整，且符合实际情况，本次不再进行调整，仍采用1/5000。

5、结语

本文通过渠道衬砌方案比选，根据灌区具体情况选择优化方案无疑将产生较好的经济社会效益。

备注：

作者简介：刘爱丽（1981年-），女，汉族，山东省德州市人，硕士研究生。从事的研究方向:水利工程规划设计。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。