渠系改造：断面设计-渠系改造

渠道护坡改造过程中，从经济和安全两方面考虑，其横断面形式通常采用实用经济断面以节省工程投资；采用U形或弧形底梯形等断面以改善受力条件。本节主要介绍各种防渗渠道断面参数的选择和尺寸的计算。

（一）梯形、矩形断面的设计

梯形、矩形断面渠道宜选择实用经济断面。防渗渠道的断面尺寸应通过水力计算确定，有关设计参数可参照本章第二节选用。当地下水位较高，采用窄深式渠道断面将引起水下挖方量较大，为施工带来困难；或当土壤的冻胀性较强，采用窄深式渠道断面将加大渠道边坡的不均匀冻胀，在消融时又可能引起滑塌时，应采用宽浅式渠道断面形式。一般混凝土等刚性材料防渗渠道的宽深比为1～2；素土夯实防渗渠道和素土保护层膜料防渗渠道的宽深比为1～4。

（二）U形、弧形底梯形断面的设计

如图3-13和图3-14所示，此种断面的过水面积按式（3-48）计算，湿周按式（3-49）计算。

式中：H为水深，m；θ为圆心角（弧度）；m为上部直线段的边坡系数；m'=；Kr=r/H；r为圆弧半径，m。

由上式推导出的最佳水力断面半径与水深之比Kr=1，即水面线刚好通过圆心。此时，弧形底梯形渠的弦长与水深之比为

图3-13　U形断面

式中：b为弧形底的弦长，见图3-14。

实际上，设计中常选用实用经济断面。实用经济断面的K0（U形渠）及Kb（弧形底梯形渠）值可按下列方法选用。

图3-14　弧形底梯形断面

1.U形渠断面K0值的选择

（1）当渠顶以上挖深不超过1.5m、边坡系数m不大于0.3、渠线经过耕地时，Kr值可在表3-30的范围内选用。

（2）填方断面或渠顶以上挖深很小（接近0）以及土质差时，Kr取1.0～0.8。

表3-30　U形渠的Kr值

注　挖深大、土质好、土地价值高时取小值。

2.弧形底梯形渠断面Kb值的选择

一般情况下，Kb值可按普通梯形断面确定宽深比的方法选择。地形、地质条件要求采用宽浅式断面时，允许选取较大的Kb值。防渗范围超过最佳水力断面5%时的Kb值，按表3-31选用。(www.xing528.com)

表3-31　弧形底梯形渠的Kb值

3.U形、弧形底梯形断面尺寸的计算

见表3-32。

表3-32　U形、弧形底梯形断面尺寸的计算公式

注　湿周中2cot-1m为弧度值。

（三）弧形坡脚梯形渠断面设计

宽深比Kb=b/H，在地形地质条件要求采用宽浅式断面时，参见图3-15，其值仍按表3-31选择。坡脚弧形的r、θ、b2值可通过图解和计算确定。

图3-15　弧形坡脚梯形断面

（四）城门洞和正反拱形暗渠断面设计

城门洞和正反拱形暗渠断面见图3-16。其断面尺寸可按表3-33及表3-34的公式进行计算和设计。

图3-16　城门洞形、正反拱形暗渠断面

（a）城门洞形暗渠；（b）正反拱形暗渠

表3-33　城门洞形断面尺寸的计算公式

表3-34　正反拱形断面尺寸的计算公式

续表