北趙引黃灌區(qū)二期工程輸水線路過(guò)溝段設(shè)計(jì)方案比選

張廣濤

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概述

運(yùn)城市北趙引黃灌區(qū)二期工程位于臨猗、聞喜、鹽湖、萬(wàn)榮四縣（區(qū)）境內(nèi)，主要是為了解決以上四縣（區(qū)）的峨嵋臺(tái)地旱地問(wèn)題。北趙引黃二期工程在原北趙引黃灌區(qū)的基礎(chǔ)上，灌區(qū)范圍向北東、向北延伸，從北趙引黃工程的中干渠、北干渠及南干渠分別取水。

北趙二期工程建設(shè)主要包括渠道、倒虹、渡槽、泵站、隧洞公路、調(diào)蓄池等各種建筑物。

經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)查勘、定線，干渠線路由于受地形、地質(zhì)條件的限制，輸水線路方案比選余地不大，但是過(guò)一些特定地段，設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)行優(yōu)化，選出合適方案。

輸水線路過(guò)楊李溝段地形復(fù)雜，高差較大，設(shè)計(jì)有一定難度，本文對(duì)該段線路進(jìn)行方案比選。

2 工程地質(zhì)

楊李溝溝底地面高程約為584.3m，溝頂高程進(jìn)水側(cè)約為629.7m，出水側(cè)630.5m，高差約45m。

根據(jù)探井資料，場(chǎng)地各層土物理性能及工程性能如下：

該場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重），濕陷深度為15.3～16.0m。溝底為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)（輕微）。兩側(cè)建議采用強(qiáng)夯法或樁基礎(chǔ)對(duì)地基土進(jìn)行處理。

3 方案比選

3.1 方案敘述

根據(jù)實(shí)際地形地質(zhì)條件，提出以下3個(gè)方案，考慮方案的可比性，在線路上選擇一段相同長(zhǎng)度進(jìn)行方案比較。

方案一：渡槽

樁號(hào)2+088.66～2+411.68段由U型渠道，進(jìn)口漸變段，渡槽、出口漸變段、U型渠道等組成。

U型渠道進(jìn)水段長(zhǎng)為103.9m，設(shè)計(jì)縱坡為1/2000；干渠橫斷面采用弧形底梯形渠，弧形底半徑為1.4m，內(nèi)邊坡系數(shù)m=1.25，襯砌采用現(xiàn)澆C20混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，抗凍等級(jí)F100，抗?jié)B等級(jí)W6，襯砌厚度8cm。渠道末尾與渡槽進(jìn)口漸變段連接。

渡槽進(jìn)口漸變段采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，采用扭曲面與上、下游渠道相接，接縫處設(shè)置止水加強(qiáng)防滲，進(jìn)口段長(zhǎng)4m。

槽身段進(jìn)口槽底高程為629.70m，出口高程為629.63m，槽身段長(zhǎng)99m，設(shè)計(jì)縱坡為1/1500。采用C30預(yù)制鋼筋混凝土U形薄壁結(jié)構(gòu)，槽身跨度分為15m和21m兩種，槽身壁厚18cm，底部加厚至30cm，圓弧半徑1.4m，口寬2.8m，深1.9m；槽身每1.5m 設(shè)一拉梁，拉梁尺寸（ 寬×高）0.35m×0.20m，拉桿中部鋪設(shè)走道板，板寬1.2m，厚8cm，走道板兩側(cè)設(shè)鋼欄桿。渡槽槽身及拉梁、走道板均采用預(yù)制C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

渡槽出口漸變段結(jié)構(gòu)形式與進(jìn)口漸變段相同，出口段長(zhǎng)6m。

U型渠道出水段長(zhǎng)110.1m，結(jié)構(gòu)形式與進(jìn)口段相同，與線路其余渠道段相接。

渡槽支撐結(jié)構(gòu)采用支墩及排架形式，采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土。渡槽進(jìn)出口段支撐低于2m的采用支墩，排架P1高度17.1m，采用雙排架；排架 P2、P3、P4高度分別為34.5m，45.5m，27m，采用A型雙排架。

雙排架及A型雙排架柱斷面尺寸為（順槽向長(zhǎng)×橫槽向?qū)挘?0cm×80cm，柱間沿高程每4m設(shè)置一橫梁，斷面尺寸（寬×高）40cm×60cm。雙排架及A型雙排架基礎(chǔ)采用擴(kuò)大鋼筋混凝土基礎(chǔ)，雙排架尺寸為（順槽向長(zhǎng)×橫槽向?qū)挘?.0m×7.2m，A型雙排架尺寸為（順槽向長(zhǎng)×橫槽向?qū)挘?.0m×12.0m，厚度均為0.8m，基礎(chǔ)底部設(shè)C15素混凝土墊層，厚10cm。

因地基為濕陷性黃土，承載力不滿(mǎn)足要求，必須對(duì)地基進(jìn)行處理；排架基礎(chǔ)處理采用3∶7灰土擠密樁，正三角形布置，樁間距1.0m。

方案一縱斷面圖見(jiàn)圖1。

方案二：架空式倒虹

圖1 方案1縱斷面圖

起始樁號(hào)為2+088.66，末尾樁號(hào)為2+411.68。架空式倒虹由進(jìn)口漸變段、進(jìn)水池、架空式鋼管段、出水池、出口漸變段等建筑物組成。

進(jìn)出口漸變段長(zhǎng)均為8m，水深與上（下）游渠道相同，采用扭曲面與上下游渠道連接。

進(jìn)水池長(zhǎng)15.2m，出水池長(zhǎng)10.2m。進(jìn)、出水池設(shè)陡坡段和水平段，陡坡坡度為1∶2，池寬2.6m；均采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

架空式鋼管段由進(jìn)口埋管段、進(jìn)口土洞明管段、架空式明管段、出口土洞明管段、出口埋管段等組成。

總之，教師應(yīng)當(dāng)用一顆智慧的心去糾正課堂作業(yè)中出現(xiàn)的誤區(qū)，恰到好處的利用好課堂作業(yè)這一環(huán)節(jié)，挖掘這一環(huán)節(jié)的潛力，才能夠有效的提高課堂效率，切實(shí)減輕學(xué)生過(guò)重的作業(yè)負(fù)擔(dān)。

進(jìn)、出口埋管段為進(jìn)、出水池與土洞段的銜接部分，長(zhǎng)度均為7.5m。為了檢修土洞段，在進(jìn)、出口埋管段設(shè)檢修室。

檢修室平面尺寸5.5m×6.2m，下部高4.8m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，側(cè)墻厚0.5m，底板厚0.6m，內(nèi)部地面設(shè)爬梯通向檢修室底部，由此進(jìn)入土洞段；檢修室上部采用磚混結(jié)構(gòu)。

進(jìn)口土洞段總長(zhǎng)113.5m，出口土洞段總長(zhǎng)118.6m，土洞段總長(zhǎng)約232.1m，坡度為1∶3。隧洞斷面尺寸B×H=4.3m×4.5m，采用C25鋼筋混凝土，壁厚0.35m，土洞內(nèi)穿DN1800鋼管，管下設(shè)C20混凝土管座置于混凝土地板上，包角135°，管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)鎮(zhèn)墩。

架空式鋼管與土洞段鋼管通過(guò)兩段明鋼管連接，此處明鋼管總長(zhǎng)長(zhǎng)34.6m。架空式鋼管下部設(shè)支墩，支墩作用在混凝土底板上，底板厚0.1m，板下設(shè)0.3m×0.4m橫梁，橫梁支承在縱梁上，縱梁尺寸0.4m×0.9m，縱梁設(shè)置在排架上，排架采用雙排架，排架高8m，排架立柱尺寸0.4m×0.6m，排架基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土，厚1.0m，地基采用采用灰土墊層消除濕陷性，灰土墊層厚0.8m。

方案二縱斷面圖見(jiàn)圖2。

方案三：緩坡式倒虹

圖2 方案2縱斷面圖

樁號(hào)2+088.66～2+411.68段由U型渠道，進(jìn)水池、緩坡式倒虹、出水池、U型渠道等組成。

U型渠道進(jìn)、出段總長(zhǎng)160.0m，結(jié)構(gòu)與其他方案中渠道相同。

樁號(hào)2+186.54～2+316.22段為緩坡式倒虹，該段長(zhǎng)129.7m，采用DN1800PCCP管道。倒虹進(jìn)口段管中心線高差為48.2m，出口段高差為49.0m。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)出口段縱向坡度均采用1∶1,在保證管道穩(wěn)定的情況下，盡量減少開(kāi)挖量。

PCCP管道基礎(chǔ)采用C25混凝土管座，其中弧座包角為135°；管座底寬為2m，管座最薄處為250mm，管座每隔20m設(shè)施工縫。管座每隔5m設(shè)一道管箍固定管道，倒虹管道中部及轉(zhuǎn)彎處均設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩。

方案三縱斷面圖見(jiàn)圖3。

3.2 水力計(jì)算

三個(gè)方案中U型渠道是明渠，基本沒(méi)有水頭損失。渡槽和倒虹的水力計(jì)算參照《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B、附錄C進(jìn)行。計(jì)算公式和各參數(shù)見(jiàn)規(guī)范規(guī)定。

方案一：渡槽段長(zhǎng)99m，渡槽段主要為沿程水頭損失，渡槽段水頭損失Z主要包括進(jìn)口水面降落Z1、槽身段水頭損失Z2、出口段水面回升Z3三部分。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

方案二和方案三水力計(jì)算：

倒虹的水頭損失主要包括管道的沿程水頭損失和局部水頭損失，局部水頭損失主要包括管道轉(zhuǎn)折，攔污柵、管道進(jìn)口、通氣管等的損失，主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

圖3 方案3縱斷圖

表1 水頭損失計(jì)算

表2 水頭損失計(jì)算

3.3 方案投資對(duì)比

通過(guò)上述工程布置，計(jì)算出三種方案工程量和永久占地。

方案一工程量主要包括土方開(kāi)挖、土方回填、漿砌石護(hù)坡、灰土擠密樁、C30預(yù)制鋼筋混凝土槽身、現(xiàn)澆C25混凝土排架及基礎(chǔ)、C15混凝土基礎(chǔ)、鋼筋制安等。

方案二工程量主要包括渠道工程量、進(jìn)出水池工程量、倒虹鋼管、檢修室工程量、鎮(zhèn)墩工程量、排架工程量、護(hù)坡及護(hù)底工程量等。

方案三工程量主要包括渠道工程量、進(jìn)出水池工程量、倒虹PCCP管道、管床工程量、鎮(zhèn)墩工程量、護(hù)坡及護(hù)底工程量等。

方案一渠道、渡槽、排架等永久占地約0.42hm2；方案二渠道、水池、檢修室、洞口開(kāi)挖、排架永久占地約0.17hm2；方案三渠道、水池、倒虹開(kāi)挖永久占地約0.62hm2。

根據(jù)各方案工程量及占地，計(jì)算出各方案概算表見(jiàn)表3。

表3 各方案投資

三種方案在技術(shù)上均是可行的，各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)其分析如下：

方案一水頭損失最小，造價(jià)在三個(gè)方案中居中；但是溝底排架高達(dá)45m，兩側(cè)排架高度也較高，施工時(shí)須高空作業(yè)，排架和渡槽槽身支模比較困難，施工難度很大。

方案二采用了洞內(nèi)穿管方案，建筑物較多，土洞，檢修室造價(jià)很高；洞內(nèi)管道坡度為1∶3，造成了管道較長(zhǎng)，水頭損失在3個(gè)方案里最大；方案中排架、檢修室、洞穿管都是常見(jiàn)工程，便于施工。

方案三水頭損失居中，工程造價(jià)比較低；倒虹縱向布置接近臨界坡度，管道相對(duì)高差較大，施工難度較大。開(kāi)挖后工程占地較多，征地時(shí)可能遇到困難。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)綜合比較，結(jié)合業(yè)主的工作要求和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)推薦方案三：緩坡式倒虹方案。