陳百鳴

(富?？h水務(wù)局，黑龍江 富裕 161200)

1 工程概況

富?？h富南灌區(qū)是引嫩擴建骨干一期灌區(qū)中通過北引引水灌溉的灌溉面積較大的灌區(qū)之一，位于富裕縣境內(nèi)東南部，灌區(qū)東部以北引總干渠為界，南部與林甸縣北部相鄰，至紹文鄉(xiāng)林場，西至龍安橋鎮(zhèn)富欣村，北至烏裕爾河灘地。境內(nèi)有碾北公路，村村通公路，交通便利。

2014年選定富南灌區(qū)臨近富路鎮(zhèn)核心項目區(qū)和董江屯示范區(qū)兩個區(qū)域的旱田做為水利工程體制改革示范基地項目進行旱改水設(shè)計、實施。項目區(qū)受益單位為富路鎮(zhèn)轄區(qū)5個村屯，總?cè)丝跒?.90萬人，其中農(nóng)業(yè)人口0.75萬人。核心項目區(qū)總面積342.316 hm2，采用Z400型矩形渠[1]新建農(nóng)渠25條，總長6915 m；采用Z500型矩形渠新建斗渠5條，總長6094 m；采用Z500型預(yù)制整體式斗門新建斗門5座；采用Z400型預(yù)制整體式斗門[2]新建農(nóng)門320座。截至目前矩型渠工程運行良好，達到設(shè)計目的。

2 矩形渠技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 比較前提及內(nèi)容

在工程設(shè)計及實際應(yīng)用中土渠+預(yù)制混凝土板形式的梯形斷面灌溉渠道(簡稱混凝土板渠道)應(yīng)用較多。下面就對同時滿足灌溉需求的情況下相同底寬相同過水面積的兩種渠道防滲型式進行比較。依據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》(SL 654—2014)，選定項目要比較的渠道為5級灌溉渠道[3]，使用年限為20 a，因此確定兩種渠道的比較周期為20 a。

灌溉渠道設(shè)計中常采用的型式有現(xiàn)澆混凝土板渠道和預(yù)制混凝土板渠道兩種。本次對單位長度的預(yù)制混凝土板渠道與矩形渠渠道這兩種型式進行比較。綜合考慮工程建設(shè)期投入、占地成本以及運行期維修養(yǎng)護成本三個方面對每延米灌溉渠道總成本進行比較。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

矩形渠混凝土強度指標(biāo)C50F300，結(jié)構(gòu)示意圖[4]見圖1、結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

在同時滿足工程灌溉需求的情況下，兩種渠道結(jié)構(gòu)形式設(shè)計參數(shù)見表2。

混凝土板渠道采用梯形斷面形式，邊坡及渠底均采用混凝土板護砌。襯砌結(jié)構(gòu)層從上至下依次為混凝土板厚度為8 cm，砂墊層厚10 cm，復(fù)合土工膜一層。護砌渠道上加封頂板，厚度為8 cm，寬度為20 cm，其下砂墊層厚10 cm。兩種結(jié)構(gòu)形式渠道均是為土地平整完成后挖方渠道。兩種結(jié)構(gòu)形式每延米渠道工程量見表3。

圖1 矩形渠結(jié)構(gòu)示意圖

型號斷面尺寸/mmabcdefgrlZ400400368400405656480602000Z500500460500608080640802000

表2 兩種渠道結(jié)構(gòu)形式設(shè)計參數(shù)表

表3 同底、同過水?dāng)嗝娼ㄔO(shè)期工程量、預(yù)算比較

2.3 經(jīng)濟比較

(1)項目建設(shè)期投入。依據(jù)黑龍江水利廳黑水發(fā)〔2011〕609號《工程設(shè)計概(預(yù))算編制規(guī)定》、黑龍江水利廳黑水發(fā)〔2013〕609號《建筑工程預(yù)算定額》、黑龍江水利廳黑水發(fā)〔2011〕609號《工程施工機械臺班費定額》。人工預(yù)算單價執(zhí)行二類地區(qū)相應(yīng)人工預(yù)算單價：技術(shù)工66.84元/工日、普工45.68元/工日。主要材料采用哈爾濱市2014年1季度市場價格。汽車運費參照物流市場價格計算，裝卸費按黑交發(fā)〔1996〕326號文的規(guī)定計算。運輸保險費按黑龍江省水利廳〔2002〕517號文執(zhí)行。砂石料、水泥、鋼筋、汽油、柴油限價計入工程單價，差價部分計入稅金后列入相應(yīng)部分之后。取費按照其他水利工程標(biāo)準(zhǔn)取費。建設(shè)期工程預(yù)算比較見表3。

(2)工程占地成本。相同底寬、相同過水面積情況下，兩種結(jié)構(gòu)形式的渠道占地面積有所不同，兩種形式每延米渠道占地面積比較見表4。占地成本含工程占地補償費和因占地種植作物的產(chǎn)出效益損失兩部分[5]。

依據(jù)《中華人民共和國土地管理法》和《黑龍江省人民政府關(guān)于印發(fā)黑龍江省征地區(qū)片綜合地價實施辦法的通知》〔2011〕51號等有關(guān)文件，本項目工程所在地的征地區(qū)片綜合地價為40元/ m2，工程永久占地補償費為 76.84元/m2。每延米渠道占地費用見表4。

單位面積耕地產(chǎn)出效益計算，選定測定地為水田，水稻產(chǎn)量按8250 kg/hm2計算，耕地每年的產(chǎn)出效益為2.47元/m2,按計算期20 a計算為49.40元/ m2。每延米渠道占地產(chǎn)出效益損失見表4。

表4 每延米渠道占地產(chǎn)出效益損失比較

(3)運行期維修成本。運行期維修成本的估算：混凝土板渠道，根據(jù)小型農(nóng)田水利工程維修養(yǎng)護定額及工程實際，混凝土板渠道每年的維修費用按建設(shè)期投資的2%計算；矩形渠渠道，每年的維修費用按建設(shè)期投資的1%計算。 運行期20 a維修養(yǎng)護成本見表5。

綜合工程建設(shè)期投入、占地成本以及運行期維修成本三個方面比較分析，兩種形式渠道經(jīng)濟分析匯總見表6。

表5 每延米渠道運行期20 a維修養(yǎng)護成本比較

表6 兩種形式渠道經(jīng)濟分析匯總比較 元

3 矩形渠優(yōu)勢分析

(1)經(jīng)濟性。通過以上對矩形渠與混凝土板渠道結(jié)構(gòu)兩種形式的經(jīng)濟性比較，可以看出Z400、Z500 兩種形式矩形渠在20 a使用期內(nèi)的總成本的優(yōu)勢。

由于以上計算采用了20 a的計算期，沒有體現(xiàn)出矩形渠C50F300高強度的優(yōu)勢，如比較周期設(shè)為40 a，矩形渠可以繼續(xù)使用，而梯形預(yù)制混凝土板渠道需要二次投資，占地成本及維修養(yǎng)護費用也相應(yīng)發(fā)生變化。兩種形式渠道40 a比較周期經(jīng)濟分析匯總比較見表7。

由以上計算結(jié)果可以看出，隨著比較期的增加，矩形渠的經(jīng)濟優(yōu)勢更為明顯。

(2)超高的力學(xué)性能。預(yù)制混凝土矩形渠具有強度更高，韌性更大顯著特點，抗壓強度為50 MPa，是普通混凝土的2倍多。具有優(yōu)良的力學(xué)特性。

表7 兩種形式渠道40 a比較周期經(jīng)濟分析匯總比較 元

(3)優(yōu)異的耐久性。預(yù)制混凝土矩形渠使用懸浮式振動臺振動而成，內(nèi)部的空隙量極小，使得空氣滲透數(shù)低，水分吸收特征值小，其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好得多，使用壽命可達50 a以上。能夠抵抗300次以上的凍融循環(huán)試驗。

(4)良好的環(huán)保性能。預(yù)制混凝土矩形渠使用原材料是符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的環(huán)保材料，在同等承載力條件下，CO2排放量是普通混凝土的一半左右，對不可再生的自然資源骨料的用量，只占普通混凝土的1/4。

(5)減少占地。預(yù)制混凝土矩形渠真正實現(xiàn)了最佳輸水矩形斷面輸水，與傳統(tǒng)相同輸水能力的U形渠道與梯形(內(nèi)外坡均為1∶1)相比，減少渠線占地1/3以上。

(6)輸水、節(jié)水效率高。預(yù)制混凝土矩形渠使用先進懸浮式振動臺、澆筑型混凝土振搗而成，表面更光滑、糙率更低，長度2000 mm，接縫少。輸水、節(jié)水效率更高。

(7)裝配構(gòu)件質(zhì)量優(yōu)良、施工方便。裝配構(gòu)件放水口、止水條等配套齊全，組件配套安裝方便、簡單。施工更加方便快捷。

(8)高性價比。預(yù)制混凝土矩形渠長度2000 mm，產(chǎn)品連接處采用遇水膨脹止水橡膠條密封，最大限度實現(xiàn)渠道防滲。安裝施工過程中，預(yù)制混凝土矩形渠與傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)相比，土方開挖、回填量大量減少，質(zhì)量更容易控制。其整體防滲效果好，取消了防滲膜的鋪設(shè)。該技術(shù)省時省工，可減少工程造價，具有較高的性價比。

4 結(jié) 語

通過工程多年實際運行和觀測，得出矩形渠能夠提高灌溉水利用系數(shù)，增加灌溉面積和耕地面積，充分實現(xiàn)水、土自然資源高效開發(fā)和利用，能夠成為目前國內(nèi)傳統(tǒng)灌溉渠道防滲襯砌升級換代產(chǎn)品，值得大力推廣應(yīng)用。