瑪納斯河引水總干渠改造工程實(shí)踐與分析

熊志剛

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳瑪納斯河流域管理處 新疆 石河子 832000）

1 概況

瑪納斯河灌區(qū)位于天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地西南部，地處東經(jīng)85°1′至東經(jīng)86°32′，北緯43°27′至45°21′之間。該河系發(fā)源自天山依連哈比爾尕山，全長(zhǎng)為324km，屬于山溪性多泥沙河流。該河水源主要為高山融雪和夏季暴雨，實(shí)測(cè)多年平均徑流量12.54億m3。地處瑪納斯河紅山出口處的紅山嘴引水樞紐工程是瑪納斯河的渠首工程。該工程建成于1959年，距今已有50余年的歷史，原設(shè)計(jì)流量為650m3/s，按百年一遇設(shè)計(jì)；校核流量為1060m3/s，按千年一遇校核。徑流主要用于生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)十九個(gè)農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)及兩縣 (沙灣縣、瑪納斯縣)、兩市(石河子市、克拉瑪依市)供水。設(shè)計(jì)灌溉面積為380萬(wàn)畝，有效灌溉面積為302萬(wàn)畝；除灌溉用水外，還擔(dān)負(fù)著新疆電力局、瑪納斯火力發(fā)電廠和紅山嘴四、五級(jí)水電發(fā)電站的供水任務(wù)。

瑪納斯河引水總干渠位于瑪納斯河渠首紅山嘴出山口右岸二級(jí)階地礫石戈層上，全長(zhǎng)823m。上游連接進(jìn)水閘，下游接曲線(xiàn)沉沙池及第一總分水閘，是東岸大渠引水工程的骨干工程之一。設(shè)計(jì)流量為105m3/s，校核流量140為m3/s，原設(shè)計(jì)底寬 12m，渠深 3.65m，水深 3.05m，縱坡1/160，均為干砌石砌筑。干渠底部埋設(shè)水塔的滲水管和測(cè)橋、鋼管槽各一座。工程于1959年修建，至實(shí)施改造已運(yùn)行近五十年。由于工程施工時(shí)資金不足、條件有限，再加上多年運(yùn)行過(guò)程中的損壞，工程改造前處于長(zhǎng)期帶病運(yùn)行狀態(tài)。隨著瑪納斯河灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和上級(jí)主管部門(mén)的重視，為滿(mǎn)足日益發(fā)展的灌溉、工業(yè)生產(chǎn)以及居民用水需求，瑪納斯河引水總干渠改造工程的實(shí)施勢(shì)在必行。

2 工程改造前存在的問(wèn)題

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，以及實(shí)際灌溉需要，渠道當(dāng)年四月開(kāi)閘引水，11月(入冬)上旬關(guān)閘停灌，引入上游河道泉水供4.5級(jí)電站水力發(fā)電。工程運(yùn)行多年來(lái)，因冬季河水泉水(3m3/s)經(jīng)總干渠入電站，由于氣候寒冷，干渠凍脹破壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，再加上渠道兩岸以及渠首管理站住宅區(qū)用于綠化的灌水不斷地滲透破壞，這些都使得渠道襯砌的亂世受損比較嚴(yán)重，影響工程的正常運(yùn)行。工程改造實(shí)施前存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在：①原設(shè)計(jì)縱坡坡度偏小，致使渠道運(yùn)行時(shí)泥沙淤積，經(jīng)查實(shí)沙石淤積嚴(yán)重段達(dá)甚至達(dá)1.0m至1.5m；②邊坡卵石鼓脹、松動(dòng)、隆起、塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重，滲漏損失較大；③由于凍脹所致，處在水位線(xiàn)以下的坡腳失穩(wěn)、掉石，影響過(guò)水能力；④渠道不規(guī)則，水流不暢，不僅擁堵而且影響測(cè)水精度；⑤渠道運(yùn)行多年，老化失修，為保證渠道工作，每年春季需投入大量的人力、財(cái)力、物力，得不償失。

3 改造措施

針對(duì)工程改造前出現(xiàn)的泥沙淤積、邊坡塌陷、凍脹失穩(wěn)、過(guò)水?dāng)嗝娌灰?guī)則等諸多問(wèn)題，具體的改造措施為：①經(jīng)水力計(jì)算適當(dāng)加大縱坡坡度，為達(dá)到?jīng)_淤平衡改原縱坡1/600為1/305，借此改善過(guò)流條件，徹底解決泥沙淤積問(wèn)題；②用200#砼來(lái)代替原來(lái)襯砌渠道的卵石材料，以求達(dá)到減少滲漏損失和減輕凍脹帶來(lái)的影響；③拆除渠道原干砌卵石，并下挖80cm，夯填60cm砂礫墊層，在砂礫墊層上現(xiàn)澆5m×4m×0.2m規(guī)格的200#砼板，板間填塞1cm厚高壓閉孔板，板下鋪0.4mm厚聚氯乙烯薄膜，最大程度減少滲漏損失；④在原干砌卵石邊坡上夯填1m厚砂礫墊層(重2.1t/m3)，現(xiàn)澆6.12m×4m(斜長(zhǎng))200#砼板，由根部厚0.2m逐漸變至上沿厚0.15m，在板下鋪0.4mm聚氯乙烯防滲薄膜，板間均用1cm厚高壓閉孔板填塞，澆筑時(shí)邊坡和渠底砼板縫錯(cuò)開(kāi)，隔倉(cāng)澆筑；⑤考慮凍脹因素，工程所采用砼抗凍標(biāo)號(hào)為D200，坍落度3 cm～5 cm，含氣量＜5%。

改造后的渠槽設(shè)計(jì)流量為105m3/s，加大流量為140m3/s，底寬10m，渠深 3.4m，水深2.23m，邊坡系數(shù)1∶1.5，設(shè)計(jì)流速為4.3m/s。考慮不可預(yù)見(jiàn)的水力因素，邊坡超高1.17m。同時(shí)，在渠道坡腳處下挖0.6m，縱向埋設(shè)15cm的波紋管，管外裹一層無(wú)紡布，自0+150到0+823穿入渠末端戈壁深層排除滲水，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，這樣做可盡量消除和削減兩岸滲透破壞。

4 工程的施工管理

瑪納斯河具有豐富的天然砂石料，便于就地取材；施工區(qū)外交通便利，為四級(jí)瀝青路面；渡槽明渠，排砂明渠上各有汽10t公路橋一座，可直接入瑪納斯河床，施工場(chǎng)地較寬闊，可充分實(shí)施機(jī)械化作業(yè)，這些都為工程的施工提供了便利條件。需要考慮的是渠首管理單位運(yùn)行用電，負(fù)荷有限，施工單位必備自備電源。

施工工序?yàn)椋呵组_(kāi)挖→回填→夯實(shí)→邊坡回填夯實(shí)→底板砼澆筑→邊坡砼澆筑→整理便道。為保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，必須嚴(yán)格把好6道關(guān)口：①邊坡、渠底基礎(chǔ)的開(kāi)挖、回填和整平；②防滲薄膜的就位鋪設(shè)和搭接；③砼拌和、入倉(cāng)、攪拌、抗?jié)B抗凍劑的添加及含氣量的測(cè)定；④?chē)?yán)格準(zhǔn)確測(cè)量渠道縱坡及高程及邊坡比；⑤滲水處理；⑥砼的養(yǎng)護(hù)。

5 施工要點(diǎn)

5.1 基礎(chǔ)回填

基礎(chǔ)回填是渠道改造工程的施工要點(diǎn)，其中該工程的基礎(chǔ)回填包括渠底和邊坡兩個(gè)部分，統(tǒng)一采用自然戈壁回填、夯實(shí)的方法。工程設(shè)計(jì)密實(shí)度為2.1t/m2，以每50m為一個(gè)施工單元。檢驗(yàn)人員跟蹤檢測(cè)，用灌水法測(cè)定，每單元選測(cè)4個(gè)點(diǎn)，邊坡每0.3m厚需回填夯實(shí)。在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)直至堤頂只有1m的寬度，經(jīng)分析后采用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。分層夯實(shí)檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有堆積、無(wú)層序的回填料需要及時(shí)清理，以保證工程質(zhì)量。邊坡的回填厚度應(yīng)有大于設(shè)計(jì)0.2m寬的富余，從而保證削坡的密實(shí)度，整個(gè)過(guò)程由人工作業(yè)。在渠底回填時(shí)，如發(fā)現(xiàn)橡皮土的部位則需做好標(biāo)志，一處不漏地排除，換上自然戈壁。將整理邊坡下滑的棄料徹底消除，削坡用平板振動(dòng)器需沿斜坡往返振拍整理坡基，以達(dá)要求。施工過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)滲水嚴(yán)重，可用小型水泵將滲漏的積水抽除，從而避免造成夯實(shí)強(qiáng)度不夠的現(xiàn)象。邊坡基礎(chǔ)架立模板需按要求嚴(yán)格修至設(shè)計(jì)邊坡，并掛線(xiàn)用鋼卷尺檢驗(yàn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)砼的基面，如未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)需再行清理直至合格方可澆筑，渠底基礎(chǔ)必須以高程定點(diǎn)掛線(xiàn)清基至設(shè)計(jì)高程，從而確保工程質(zhì)量。

5.2 聚氯乙烯塑料薄膜的鋪設(shè)

渠道防滲效果的好壞與聚氯乙烯塑料薄膜的鋪設(shè)方法有直接的關(guān)系。本工程所采用的鋪設(shè)方法是沿渠道走向梯形基礎(chǔ)斷面整體鋪設(shè)，上、下游薄膜連接統(tǒng)一為上薦壓住下薦0.2m搭接。值得注意的是，在渠道渠底、邊坡的砼澆筑施工過(guò)程中，難免有人為因素和砼拌和料入倉(cāng)碰撞變位的塑膜，對(duì)于這些塑料薄膜要及時(shí)復(fù)位、拉平，防止因薄膜錯(cuò)位、扭曲或者變形影響，從而致使砼澆筑的厚度不均勻，影響工程強(qiáng)度。

5.3 邊坡和底板砼的澆筑

邊坡和底板砼的澆筑質(zhì)量直接決定著工程的質(zhì)量，必須嚴(yán)格把關(guān)。拌和砼時(shí)必須適量添加減水劑、抗凍劑，對(duì)每一次拌和的骨料必須嚴(yán)格稱(chēng)重，質(zhì)量不過(guò)關(guān)或者忘記添加劑的砼拌和料要重新拌和，不能以次充好。澆筑前，為保證施工質(zhì)量，必須對(duì)坡腳坡地雜物進(jìn)行清理，如落入坡腳的削坡料、雜草、碎塊等。另外，如有積水，必須事先清除。施工過(guò)程中要嚴(yán)格要求砼表面的平整度，切忌為了省事加大砂料用量減少大骨料用量。為保證工程質(zhì)量，必須用原漿、平板振搗器振搗，且在振搗時(shí)注意板塊周邊容易被忽視的部位是否振搗到位，做到振搗均勻，沒(méi)有蜂窩麻面現(xiàn)象出現(xiàn)。

5.4 滲水的處理

滲水的處理是渠道施工過(guò)程中不可避免的程序，也是影響工程質(zhì)量的重要方面。對(duì)于施工過(guò)程中出現(xiàn)的泉眼和滲水現(xiàn)象，要采用不同的方法有針對(duì)性的進(jìn)行處理。對(duì)于滲水量較大泉眼，不僅要用塑料管引排出水減輕內(nèi)水壓力，還要做砂石保護(hù)層，防止進(jìn)一步滲漏破壞；對(duì)于出水量較少的滲水眼，可用埋插塑料管的方法排水。

在施工過(guò)程中，除了以上施工要點(diǎn)外，還有在施工過(guò)程中要用坡度尺嚴(yán)格檢查，確保設(shè)計(jì)要求、保證高程不出差錯(cuò)，確?？v坡比降、做好砼的養(yǎng)護(hù)工作等要點(diǎn)需要注意，這里不再一一贅述。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)瑪納斯河引水總干渠進(jìn)行改造，改善了水力因素，提高分、引水及抗洪能力，有效減少了泥沙淤積，提高了測(cè)水精度和引水效率，同時(shí)還美化了渠槽，效果相當(dāng)顯著。在工程中也總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，比如說(shuō)進(jìn)水閘后，原設(shè)計(jì)的消力池經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)被淤死，工程改造時(shí)未設(shè)消力池，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，閘后流速大，使百米內(nèi)渠底沖蝕磨損，故增設(shè)了三道潛堰使流速減緩，沖刷、磨蝕損害削減。陜西水利