禹門口提水東擴(kuò)工程輸水渠道設(shè)計(jì)

史虹艷

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

禹門口提水東擴(kuò)工程干線起點(diǎn)位于新絳縣禹門口提水工程二級(jí)干渠光馬渡槽末端，終點(diǎn)位于距翼城縣城6.0 km的西梁水庫(kù)，其間分別設(shè)置了向襄汾原井灌區(qū)供水支線、新絳供水提水支線、侯馬和曲沃分水口、汾河生態(tài)補(bǔ)水輸水支線、侯馬北莊灌區(qū)分水口、澮河灌區(qū)供水支線等。在禹門口提水工程二級(jí)干渠樁號(hào)Q44+324處設(shè)置了向稷山汾南灌區(qū)供水支線。工程沿線共布置調(diào)蓄水庫(kù)2座，提水泵站4座，主管線全長(zhǎng)48.8 km，支管線總長(zhǎng)20.0 km，輸水干渠總長(zhǎng)11.1 km，支渠總長(zhǎng)34.3 km。工程分兩期實(shí)施。

2 輸水渠道設(shè)計(jì)

2.1 渠道糙率及縱向比降確定

由于所經(jīng)地段為濕陷性黃土地區(qū)，為減少滲流損失，渠道內(nèi)側(cè)邊坡、渠底均采用土工膜防滲處理后用C15預(yù)制混凝土面板護(hù)面。根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》要求，結(jié)合前段工程經(jīng)驗(yàn)，渠道糙率取0.016。二級(jí)干渠設(shè)計(jì)縱坡采用原設(shè)計(jì)縱坡。

2.2 光馬渡槽末端—三泉支口渠道加高改造設(shè)計(jì)

此段禹門口二級(jí)干渠為3級(jí)建筑物，改造前后渠道設(shè)計(jì)流量分別為6.18 m3/s和6.5 m3/s，設(shè)計(jì)在原渠道縱坡、底寬不變的前提下進(jìn)行加高改造。

2.2.1 渠道安全超高確定

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，渠道岸頂超高應(yīng)按土石壩設(shè)計(jì)要求經(jīng)論證確定。按照《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂在水庫(kù)靜水位以上的超高計(jì)算公式：

式中：y——壩頂超高，m；

R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；

e——最大風(fēng)壅水面高度，m；

A——安全加高，m。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)水位計(jì)算取值，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 壩頂高程計(jì)算成果表

若采用《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，按4，5級(jí)渠道建筑物岸頂超高公式：

式中：Fb——渠道岸頂超高，m；

hb——渠道通過加大流量時(shí)的水深，m。

若渠道通過加大流量時(shí)的水深取1.94 m，則計(jì)算得渠道安全超高為0.685 m?？紤]到與前后渠道的銜接和工程造價(jià)問題，建議實(shí)際加高值為0.7 m。

2.2.2 渠道邊坡

渠道為改造工程，挖方及填方段沿用原有渠道邊坡系數(shù)，即填方渠道外邊坡系數(shù)1∶1，挖方渠道渠堤以上開挖邊坡1∶0.7；渠道內(nèi)邊坡系數(shù)均為1∶1.25。

2.2.3 渠道頂寬確定

參照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，渠道岸頂兼作交通道路時(shí)，其寬度應(yīng)滿足車輛通行要求。改造設(shè)計(jì)按照原渠道邊坡不動(dòng)加高0.5 m，若在原渠頂上直接加高，改造后的填方段一側(cè)渠頂寬度最小為0.875 m，另一側(cè)寬度最小為3.875 m，小于規(guī)范要求，因此設(shè)計(jì)參照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)岸頂進(jìn)行加高培厚處理，以滿足規(guī)范要求。

2.3 三泉支口—三泉水庫(kù)渠道過水?dāng)嗝嬖O(shè)計(jì)

渠道過水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝?，渠道水力?jì)算采用明渠均勻流公式及水力最佳斷面（窄深式）的寬深比公式等來確定干渠各斷面水力要素，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 干渠分段水力要素

2.4 渠道不沖不淤流速驗(yàn)算

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，襯砌渠道設(shè)計(jì)平均流速宜小于允許不沖流速。二級(jí)干渠渠道的允許不沖流速按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》取5 m/s；渠道設(shè)計(jì)最大流速滿足不沖流速要求。

2.5 渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)

輸水渠道橫斷面為梯形，采用C15混凝土預(yù)制板護(hù)面，板厚7 cm。預(yù)制板下部鋪設(shè)1∶5灰砂墊層，厚 3 cm。墊層下為一布一膜的土工膜，膜厚0.22 mm，布重100 g/m2，防滲膜采用橫向搭接，搭接寬度10 cm，并要求上游防滲膜壓蓋下游防滲膜。

由于地基土為濕陷性黃土，根據(jù)已建段二級(jí)干渠經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行夯實(shí)處理。渠堤頂部采用C15預(yù)制混凝土塊壓頂，寬30 cm、厚12 cm。填方渠道外邊坡系數(shù)為1∶1。挖方渠道渠堤以上開挖邊坡1∶0.7，渠堤以上開挖高度超過2 m時(shí)，在坡腳設(shè)M7.5漿砌石排水溝，排水溝采用梯形斷面，底寬 40 cm，深 30 cm，邊坡 1∶0.5，襯砌厚度30 cm。渠堤頂寬右堤5 m泥結(jié)石路面作為行車巡渠路，左堤2 m作為人行道。

2.6 渠道抗凍脹驗(yàn)算

輸水渠道走向大致為東西走向，渠床土質(zhì)為低液限粉土、黏性土類。該段渠線地下水埋藏較深，沿線渠床均不受地下水的影響。由《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍土深27cm，最大凍土深61 cm，屬季節(jié)性凍土。渠道抗凍脹設(shè)計(jì)根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算可知，渠道設(shè)計(jì)凍深為：陰面47 cm，底面49 cm，陽(yáng)面47 cm。土的凍脹量為：陰面0.52 cm，底面0.56 cm，陽(yáng)面0.52 cm。

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，選取渠道橫斷面上的最大凍脹量為該襯砌渠道上最大凍脹位移值。即渠道為南北走向時(shí)，底面中部的凍脹量為最大位移值，0.56 cm。根據(jù)規(guī)范，梯形斷面混凝土襯砌渠道允許凍脹位移值為10 mm；整體式U型渠道允許凍脹位移值為30 mm。渠道抗凍脹滿足規(guī)范要求，不需要采取抗凍脹工程措施。

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》和《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》的要求，對(duì)于寒冷地區(qū)冬季過水渠道，混凝土抗凍等級(jí)要求達(dá)到F150，抗?jié)B等級(jí)達(dá)到W6。

3 結(jié)語(yǔ)

禹門口東擴(kuò)工程為山西省大型引調(diào)水工程，針對(duì)輸水線路規(guī)模大、線路長(zhǎng)、內(nèi)容多的特點(diǎn)，輸水渠道的設(shè)計(jì)在整個(gè)工程設(shè)計(jì)中起到了至關(guān)重要的作用，渠道建筑物的合理設(shè)計(jì)縮短了施工工期、減少了工程投資，運(yùn)行管理更加便利，取得了很好的效果。