淺析疊渠方案在金溝河工程建設中的應用與評價

錢新妮 陳 臣

（新疆水利廳金溝河流域管理處，沙灣縣 832100）

金溝河流域地處天山山脈北支依連哈比尕山北麓西側，是一條多泥沙河流，多年平均輸沙量達74萬t，其中懸移質占總量的87%，推移質占總量的 13%，泥沙主要來源于水流對河道的沖刷及降水匯流對流域面的侵蝕，骨干工程始建于1960年代，包括引水渠首、渠系建筑物及 54km渠道，工程位于金溝河流域中下游的洪沖積扇傾斜平原，地層由0.3～0.4m不等厚的亞砂土、亞粘土層和濕陷性黃土覆蓋，渠道為梯形斷面，坡降為0.015～0.008，設計流量10～45m3/s，設計流速為3～8 m/s，由漿砌石或混凝土防滲。

1 渠道工程存在的問題

1.1 老化風化嚴重

金溝河骨干工程已經(jīng)運行50多年，在長期的日光照射下，加上新疆晝夜溫差大，渠道水面線以上 80%的部位均存在表皮脫落、混凝土碎化和骨料裸露等現(xiàn)象，特別是陰面風化老化比較嚴重。

1.2 磨損破壞嚴重

由于渠水中泥沙含量大，加上渠道坡度較陡和水流急快，泥沙造成渠內(nèi)水面線以下表皮嚴重脫落和深度磨損、止水處邊角破損和渠底磨透等嚴重破壞現(xiàn)象，無法滿足灌區(qū)供用水需求。

1.3 凍脹變形嚴重

由于渠道兩側防滲層的破壞失效，加上部分渠段地下水位較高和受新疆極寒天氣的影響，渠內(nèi)水面線下混凝土邊板大面積鼓脹變形，變形率達80%，到處呈現(xiàn)臺階狀，凍脹束窄了斷面，嚴重影響了過流能力。

2 建設方案選擇

2.1 計劃可行的方案

根據(jù)金溝河的地理位置和工程特點，計劃可行的實施方案有重新選定渠線新建、老渠清挖改建和疊渠改建三種。所謂疊渠即在保持原渠邊板和底板不拆除的基礎上，對局部鼓脹變形部位進行修整，鋪設濾水層，合理抬高渠底高程和設置邊坡坡比后新建的渠道（如圖1）。

2.2 方案比較

根據(jù)方案實際的優(yōu)劣，以改建金溝河渠道24+000～25+000段為例，在參照套用現(xiàn)行相關單價的基礎上，從施工工序、工程投資和環(huán)境保護方面進行分析比較，如表1。

圖1 疊渠斷面圖

表1 方案比較表

2.3 方案確定

通過方案比較，綜合考慮各項因素，確定疊渠方案是可實施的最優(yōu)方案。

(1)從投資上比較，疊渠方案投資最少，相比其它方案可節(jié)約資金10～13萬元，且施工工序僅為 4道，相比其它方案減少2道，節(jié)約了人力和物力的投入，同時節(jié)約了施工所需時間，加快了工程進度。

(2)從環(huán)境保護上比較，疊渠方案由于避免和減少了工程實施中原地貌擾動和施工棄渣的堆積，對環(huán)境破壞相比其它方案為最小，有效保護了渠道周圍的環(huán)境。

(3)從安全角度比較，疊渠為在原渠斷面上新建的渠道，有效利用了原渠邊板和渠底混凝土堅固部分，形成了新老相結合的雙重抗凍、抗?jié)B和抗破壞體系，較其它方案有更強的安全性。

(4)從經(jīng)濟適用性比較，疊渠在原渠上新建，可以較好的與原渠系建筑物及支渠進行連接，完全能保證水流的通暢性，減少重復投資，滿足灌區(qū)用水需求。

3 疊渠方案的實施

3.1 凍脹處理

金溝河渠道沿線渠基為亞砂土，亞粘土層及濕顯性黃土，屬凍脹土，易使渠道產(chǎn)生凍脹破壞，實施中嚴格控制墊層厚度，對影響疊渠設計尺寸的渠底、渠坡局部變形混凝土及淤泥進行拆除和清挖，對渠頂可能引起凍脹的雜草和淤泥進行 20～50cm厚清理，墊層干密度控制在2.05g／cm3以上。增加排水設施布置，排水管為D160mm的UPVC塑料管，管壁上鉆圓孔，梅花狀分布，用無紡布包裹沿縱軸線布置，分段設置橫向排水管，用于滲水的收集和排出。

3.2 磨損和風化處理

為提高渠道整體的抗磨、抗凍和抗風化能力，增加使用壽命，疊渠方案中根據(jù)地形調整和減緩了渠道坡降?；炷林笜瞬捎肅20、W6、F200的高標號混凝土，混凝土施工采用震動板和震動棒聯(lián)合施工，對震動板不能很好達到的混凝土邊角采用震動棒，施工混凝土水灰比控制在0.47，坍落度控制在1～3cm，采用跳倉澆筑。

3.3 建筑物銜接處理

疊渠方案在對原渠道高程抬高后，實施中充分考慮了原支渠及建筑物的銜接，經(jīng)實測，疊渠方案共涉及水閘10座，交通橋7座，其中因本身已無法使用需改建的水閘1座，危險木結構交通橋2座，其它建筑物及附屬設施均能滿足疊渠設計要求，疊渠能與原支渠和建筑物銜接良好，完全滿足供水需求。

4 效果評價

金溝河目前已實施工程改建10年，對所轄54km骨干工程及部分建筑物進行了改建，其中實施疊渠方案長度達44km，占總改建長度的81%。經(jīng)運行，疊渠方案降低了渠道磨損、防凍脹效果明顯、運行安全可靠，經(jīng)濟效益顯著。

4.1 環(huán)保經(jīng)濟

疊渠方案無大量開挖，減少了廢料棄料堆放，避免了環(huán)境遭占用破壞，減少了因施工造成的水土流失和環(huán)保資金投入，保護了渠道周圍生態(tài)環(huán)境。同時因疊渠方案工序少，比其它方案減少了墊層清挖和原渠混凝土拆除等工序，節(jié)省了工程投資，降低了工程造價，通過實施疊渠方案，累計節(jié)約工程資金投入660萬元，經(jīng)濟效果明顯。

4.2 提高了供水保障率

金溝河每年工程建設均在 4～5月，灌區(qū)供水從4月底開始，施工時間短而緊，由于疊渠工序少，極大縮短了施工必要時間，提供了更多供水空間，每年春季可新增引水量約200萬m3，且全年供水保障率達到了100%，無發(fā)生停水檢修維修事故，避免了用水單位因缺水而造成的經(jīng)濟損失，促進了灌區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。

4.3 原渠資源有效利用

疊渠方案直接在原渠道上新建，保持了原渠道上各引水渠及建筑物與新斷面的良好連接，優(yōu)化并充分利用了原渠系有效資源，避免了因改建而支渠和建筑物報廢無法使用的不利因素，節(jié)省了投資。

4.4 抗凍抗磨效果顯著

疊渠實施方案中，通過采用防滲戈壁墊層和排水管，混凝土滲水和灌溉側滲水能及時收集和排出，避免了滲水在混凝土板后滯留，降低了凍脹破壞因數(shù)，采用的高標號抗凍混凝土試驗檢測強度均大于 30MP,滿足抗凍、抗?jié)B、抗磨的性能要求，對改建工程進行監(jiān)測，效果良好，10年中渠道磨損率不到 1%,主要為渠底乳皮磨損，無發(fā)現(xiàn)凍脹破壞，為管理單位每年節(jié)約維修費用150萬元。

表2

4.5 經(jīng)濟效益明顯

通過渠道改建，金溝河引水能力明顯提高，改建后年增引水量5000萬方，增加水費收入300萬元，水利用率明顯提高（如表2），實現(xiàn)糧棉增產(chǎn) 1.1萬t，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值1億元，促進了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟的快速增長。

5 結 語

疊渠方案是金溝河工程建設集體智慧的結晶，它的成功運用使有限資金極大的發(fā)揮了作用，解決了困擾金溝河運行中的泥沙磨損、凍脹破壞和土地資源短缺等一系列問題，為灌區(qū)提供了持續(xù)的灌溉水源，發(fā)展了地方經(jīng)濟，提高了單位管理能力，為金溝河工程建設提供了思路和指導，對新疆寒冷和多泥砂河流地區(qū)工程建設工作起到了借鑒意義。

[1]王忠,謝富明,欒文等.新疆金溝河渠首解決泥沙入渠的措施及效果.中國農(nóng)村水利水電,2006,(10)∶7～8

[2]雷正龍.新疆金溝河灌區(qū)骨干工程改建設計[J].水利技術監(jiān)督.2011.3

[3]馬勇,王秀東等.新疆金溝河灌區(qū)總干渠渠道改建防凍脹設計[J].水利建設與管理.2004.1