立體交叉工程在黑龍江省訥謨爾河衛(wèi)星灌區(qū)中的應(yīng)用

胡 晶

(齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 齊齊哈爾161006)

衛(wèi)星灌區(qū)位于嫩江左岸一級(jí)支流訥謨爾河中下游，是黑龍江省北部跨齊齊哈爾市和黑河市兩大行政區(qū)的大型自流引水灌溉工程，2001年水利部批復(fù)的全國(guó)2 萬hm2以上大型灌區(qū)中黑龍江省有19個(gè)，衛(wèi)星灌區(qū)為其中之一，也是我省19個(gè)大型灌區(qū)唯一地處最北面的一個(gè)。灌區(qū)總面積3.02 萬hm2，其中設(shè)計(jì)灌溉面積2.17 萬hm2。衛(wèi)星干渠中、下游左側(cè)為漫崗高地，坡水溝分布較多，因而有較多的坡水溝與干渠、分干渠交叉。衛(wèi)星灌區(qū)共有交叉工程23 座。其中維修8 座，新建15 座。

1 工程概況

2 號(hào)交叉工程位于衛(wèi)星灌區(qū)總干渠5 +947 處，是干渠穿越灌區(qū)南部坡水溝的立體交叉樞紐工程，坡水溝集水總面積234.5 km2。工程等級(jí)為Ⅲ等3 級(jí)，坡水設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，相應(yīng)流量為245 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，相應(yīng)流量為380 m3/s，用水設(shè)計(jì)流量Q =21.24 m3/s。

交叉上部為渡槽形式，槽身為U 型斷面，底寬74.6 m，兩側(cè)設(shè)導(dǎo)流墻，坡水從渡槽中通過。交叉下部為倒虹吸形式，為3 孔鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，斷面尺寸( 寬× 高) 3.0m ×2.0m，洞身總長(zhǎng)76.69m，干渠用水從倒虹吸中通過。

總工程量3.99 ×104m3，其中土方3.46 ×104m3，石方0.34 ×104m3，混凝土0.19 ×104m3。工程預(yù)算379 萬元。由齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，2006年10月22日建成并投入使用。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 工程布局、占地、投資方面

衛(wèi)星灌區(qū)老2 號(hào)交叉下部是倒虹吸，上部坡水溝以土堤形式在倒虹吸上方通過，坡水經(jīng)常沖毀堤身進(jìn)入干渠，對(duì)渠道造成很大的破壞。

鑒于此，本次設(shè)計(jì)在工程布局上，將2 號(hào)交叉布置成為一座上部為坡水渡槽、下部為用水干渠倒虹吸的立體交叉樞紐工程。交叉上部坡水渡槽，上游采用干砌石護(hù)砌，渡槽主體工程為鋼筋混凝土U 型斷面，利用下部倒虹吸方涵洞洞頂作為渡槽的槽身，寬74.6 m，利用倒虹吸的洞頂板及倒虹吸進(jìn)出口所設(shè)的懸臂板改造作為渡槽的槽身，出口護(hù)砌及海漫為干砌石結(jié)構(gòu)，坡水從渡槽中通過。交叉下部為倒虹吸形式，為3 孔鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，斷面尺寸( 寬× 高) 3.0m ×2.0m，洞身總長(zhǎng)76.69 m，干渠用水從倒虹吸中通過。長(zhǎng)度76.69 m的3 孔鋼筋混凝土箱涵即為交叉上部渡槽的槽身，又是下部為倒虹吸的洞身，創(chuàng)造性地將渡槽與倒虹吸兩種不同類型的交叉建筑物有效地組織在一起，將倒虹吸的洞身作為渡槽的槽身，既保證了大流量的坡水在倒虹吸上方的順利通過，又避免了坡水進(jìn)入干渠，充分發(fā)揮兩種建筑物各自特點(diǎn)，將兩個(gè)建筑物組合在一起，且主體工程為一物兩用，在工程布局上緊湊合理，減少了工程占地，便于工程管理，而且節(jié)省了工程量3.12 萬m3，減少投資82 萬元。

2.2 結(jié)構(gòu)型式方面

老2 號(hào)交叉洞身為漿砌石結(jié)構(gòu)，斷面尺寸大，不適應(yīng)地基沉陷和凍脹變形。本次設(shè)計(jì)倒虹吸洞身采用鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，不僅提高了過流能力，減小了斷面尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸，也增強(qiáng)了對(duì)地基沉陷、凍脹變形的適應(yīng)能力。提高了工程的可靠性。設(shè)計(jì)中采用無紡布代替?zhèn)鹘y(tǒng)反濾層，方便了施工。

2.3 利用當(dāng)?shù)夭牧辖鉀Q防沖、凍害方面

交叉工程所在位置季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深在2.3 m左右，根據(jù)地質(zhì)資料，交叉所在位置地基上部存在一層高液限黏土層，冬季倒虹吸洞身同時(shí)受到洞內(nèi)靜冰壓力與洞外凍土壓力作用，凍脹問題突出。采用懸臂式擋土墻代替重力式擋土墻，減小了工程量，提高了抗凍變形能力。優(yōu)先采用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧腺Y源，在坡水渡槽進(jìn)出口利用當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧匣鹕绞M成石籠，作為防沖護(hù)砌材料，非常好的解決了高緯度地區(qū)立交水利工程的凍漲問題，避免了從外地采購(gòu)石料，節(jié)約了投資。

3 立體交叉樞紐工程在灌區(qū)中的應(yīng)用

2 號(hào)交叉工程是衛(wèi)星干渠上的重要交叉樞紐工程，采用立體交叉樞紐這一形式，使大流量的坡水在干渠上部順利地通過，避免了以往坡水入渠對(duì)干渠的嚴(yán)重沖刷及對(duì)建筑物的巨大破壞，從而達(dá)到遏水患、興水利的目的，保證了灌區(qū)的的正常供水，衛(wèi)星灌區(qū)渠系建筑物的一大特點(diǎn)就是交叉工程多，坡水流量大。工程位于衛(wèi)星干渠上段，用水流量及坡水流量均很大，是衛(wèi)星灌區(qū)23 座交叉工程中規(guī)模最大的一座，投入使用至今，已經(jīng)歷5個(gè)凍融期，運(yùn)行結(jié)果一切正常。該交叉工程這一結(jié)構(gòu)形式為灌區(qū)后續(xù)交叉工程設(shè)計(jì)提供了示范作用。目前已建成的4 座交叉工程全部采用此形式，投入使用后運(yùn)行情況較好。下附衛(wèi)星灌區(qū)已建交叉工程水力要素表。

表1 衛(wèi)星灌區(qū)已建交叉工程水力要素表

4 主要優(yōu)缺點(diǎn)及今后改進(jìn)措施

交叉工程的主要優(yōu)點(diǎn)有2個(gè):①因地制宜，將渡槽與倒虹吸兩種不同類型的交叉建筑物有效的組織成為一種立體交叉樞紐，解決了大流量的坡水順利通過用水干渠的問題，充分發(fā)揮兩種建筑物各自的特點(diǎn)。②積極并優(yōu)先采用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧腺Y源，實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用，解決了工程防沖和凍脹的問題，節(jié)約了投資。

衛(wèi)星灌區(qū)渠系建筑物的一大特點(diǎn)就是交叉工程多，坡水流量大。范圍內(nèi)共有交叉工程23 座。其中維修8 座，新建15 座。如何解決好交叉工程，關(guān)系到整個(gè)灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施的成敗，按初步設(shè)計(jì)的規(guī)劃，還有11 座交叉工程需要新建，在今后的設(shè)計(jì)中要根據(jù)不同的工程特性，在此基礎(chǔ)上加已改進(jìn)，在采用生態(tài)護(hù)砌材料上進(jìn)一步探索和優(yōu)化，并加強(qiáng)工程管理和維護(hù)，收集交叉工程在運(yùn)行中的有關(guān)資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出更好的作品。

［1］江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. SL265—2001 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［2］齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 黑龍江省齊齊哈爾市衛(wèi)星灌區(qū)初步設(shè)計(jì)報(bào)告［S］. 齊齊哈爾: 齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2002.