新疆阿克蘇甫干渠工程設(shè)計(jì)

胡 平

(新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理處，新疆 庫爾勒 841000)

1 工程概況

阿克蘇甫干渠及南支干渠位于新疆尉犁縣阿克蘇甫鄉(xiāng)境內(nèi)。阿克蘇甫干渠及南支干渠位于尉犁縣城東，距尉犁縣城約20～30km。阿克蘇甫干渠從庫塔干渠東干渠阿克蘇甫分水閘引水，渠線沿阿克蘇甫鄉(xiāng)公路北側(cè)伴隨公路一直向東，在阿克蘇甫大橋以北跨過孔雀河后再轉(zhuǎn)向東南方向，穿過阿克蘇甫鄉(xiāng)公路后先后銜接阿克蘇甫北支渠、阿克蘇甫南支渠，最終投入新建的迪力帕支渠結(jié)束，長14.16km，控制灌溉面積為0.36萬hm2。

南支干渠從庫塔干渠下段新建節(jié)制分水閘引水，向東北 1.20km后投入泵站處，南支干渠控制面積 0.14萬 hm2。阿克蘇甫干渠及南支干渠總長15.36km，總控制面積0.50萬hm2。

2 工程任務(wù)

(1) 減少水量損失，提高水資源的利用率，為孔雀河向塔里木河下游輸送生態(tài)水量創(chuàng)造條件，以挽救塔里木河下游急劇惡化的生態(tài)環(huán)境。

(2) 替代阿克蘇甫水庫，改善灌區(qū)的灌溉條件，提高灌區(qū)的灌溉保證率，降低阿克蘇甫水庫水位，減輕水庫周邊土地次生鹽堿化，改造灌區(qū)大面積低產(chǎn)田，為“限額供水，水量包干，超引加價，節(jié)水?dāng)U灌”和“計(jì)劃用水，按方收費(fèi)”的配水原則奠定基礎(chǔ)。

(3) 工程建設(shè)內(nèi)容為：完成阿克蘇甫干渠14.16km長的渠道工程、南支干渠1.20km的渠道工程及其渠系建筑物，保證渠道適時、適量、安全、高效地向灌區(qū)正常輸水，確保農(nóng)業(yè)灌溉用水及生態(tài)用水，發(fā)揮工程灌溉、防滲節(jié)水效益。

3 工程選址

3.1 阿克蘇甫干渠和南支干渠渠線方案確定

根據(jù)工程任務(wù)和規(guī)模，工程區(qū)實(shí)際的地形、地貌、水文、地質(zhì)條件，以及首、尾端控制條件，灌區(qū)現(xiàn)有渠系情況以及節(jié)約工程量、經(jīng)濟(jì)可靠、施工便利、管理方便等原則，并通過實(shí)地踏勘，干渠選擇兩條渠線方案進(jìn)行比較，分別為方案一和方案二，具體兩渠線布置方案如下。

方案一：干渠阿克蘇甫分水閘起，渠線沿阿克蘇甫鄉(xiāng)公路北側(cè)伴隨公路一直向東，在阿克蘇甫大橋以北跨過孔雀河后再轉(zhuǎn)向東南方向，穿過阿克蘇甫鄉(xiāng)公路后先后銜接牧場支渠、阿克蘇甫北支渠、阿克蘇甫南支渠，最終投入新建的迪力帕支渠結(jié)束，干渠總長14.16km。

方案二：干渠阿克蘇甫分水閘起，渠線沿阿克蘇甫鄉(xiāng)公路北側(cè)伴隨公路一直向東，在方案一的7+600處向東南，先后穿過天然胡楊林地、草場，跨過向塔里木河輸水的兩條臨時通道，在阿克蘇甫水庫大壩后跨過孔雀河，再向東南方向，先后銜接牧場支渠、阿克蘇甫北支渠、阿克蘇甫南支渠，最終投入新建的迪力帕支渠結(jié)束，干渠總長14.90km。

南支干渠選擇兩條方案，分別為上線方案和下線方案，具體兩渠線布置方案如下。

上線方案：起點(diǎn)從阿克蘇甫干渠的1+790處設(shè)南支干渠分水閘，南支干渠向南跨孔雀河（需要建渡槽一處)后到現(xiàn)有泵站處，南支干渠總長5.16km。

下線方案：南支干渠不從阿克蘇甫干渠上引水，從庫塔干渠東干渠下段（阿恰樞紐后100m處)新建南支干渠引水閘，渠線從引水閘開始向東北1.20km后到泵站處，南支干渠總長1.20km。

3.2 渠線方案比較

3.2.1 阿克蘇甫干渠方案比較

(1) 工程投資比較。由于兩渠線布置方案不同，渠道長度不同，方案二較方案一長0.74km。建筑物方面，方案二比方案一多涵洞2座。在斷面形式相同的條件下（均采用混凝土襯砌形式)，方案一總投資為872.23萬元，方案二總投資為943.33萬元。

(2) 施工條件比較。

方案一：道路方面利用阿克蘇甫鄉(xiāng)公路和田間機(jī)耕道，還需要新建臨時道路2.05km；可以滿足施工需要；施工用水上段可從庫塔干渠東干渠拉水，下段可利用孔雀河的水，運(yùn)輸距離較近。

方案二：道路方面除利用阿克蘇甫鄉(xiāng)公路和田間機(jī)耕道以處，還需要新建臨時道路2.40km；施工用水上段可從庫塔干渠東干渠拉水，下段可利用孔雀河的水，運(yùn)輸距離較近。

(3)工程地質(zhì)比較。由于方案二靠近水庫，地下有0.8～1.6m的淤積腐植質(zhì)層，施工時需要全部清除，土方量較大。

施工電源均為自備發(fā)電機(jī)，天然建筑材料運(yùn)輸距離相差不大。

綜上所述，方案一從經(jīng)濟(jì)、施工條件和地質(zhì)方面均優(yōu)于方案二，本設(shè)計(jì)中采用方案一。

3.2.2 南支干渠方案比較

(1)工程投資比較。由于兩渠線布置方案不同，渠道長度不同，上線方案較下線方案長3.96km。渠道的設(shè)計(jì)總流量相同，但分流量不同。采用上線方案，阿克蘇甫干渠0+000-1+790段流量為阿克蘇甫干渠和南支干渠流量之和，阿克蘇甫干渠0+000-1+790段流量大，工程造價高。下線方案阿克蘇甫干渠0+000-1+790段流量不包括南支干渠的流量，其設(shè)計(jì)流量較小，工程造價小。

南支干渠的設(shè)計(jì)流量在上、下線方案中一樣。建筑物方面，上線方案比下線方案多渡槽一座。在斷面形式相同的條件下（均采用土渠)，上線方案總投資為123.81萬元，下線方案總投資為13.48萬元。

(2)工程占地及損失比較。上線方案南支干渠從干渠1+790處分水后向南5.16km，需要占用耕地2.4hm2。而下線方案不需要占用耕地，全為荒地。

(3)施工條件比較。

上線方案：南支干渠0+000-5+160需要建設(shè)臨時道路。施工用水從庫塔干渠東干渠拉水，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)。

下線方案：有灌區(qū)道路（土路)相伴，而且施工用水可從庫塔干渠東干渠或從孔雀河直接抽取，運(yùn)輸距離較近。

施工電源均為自備發(fā)電機(jī)，天然建筑材料運(yùn)輸距離相差不大。

綜上所述，下線方案從經(jīng)濟(jì)、占地和施工條件方面均優(yōu)于上線方案，本設(shè)計(jì)中采用下線方案。

4 渠道工程設(shè)計(jì)

4.1 渠道結(jié)構(gòu)方案確定

4.1.1 渠道結(jié)構(gòu)方案確定

根據(jù)渠道的縱坡情況，工程地質(zhì)條件以及渠道防滲規(guī)范對各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，針對阿克蘇甫干渠及南支干渠沿線情況：①由于水庫影響，地下水位高。②考慮凍脹和滲漏。根據(jù)以上影響初步擬定以下兩方案進(jìn)行比較。

方案一：梯形明渠斷面型式，土渠，不采取防凍防滲措施。

方案二：梯形明渠斷面型式，風(fēng)積沙（60cm)+預(yù)制混凝土板（8cm厚C15高性能混凝土)

4.1.2 渠道結(jié)構(gòu)比較

通過比較，方案一較方案二投資小，施工難度小，但方案二防凍防滲效果好，由于本工程投資的限制，通過和業(yè)主等多方討論，干渠前段0+000-11+525段采用方案二，后段和南支干渠全部采用方案一。

4.2 渠道縱、橫斷面設(shè)計(jì)

(1)縱斷面設(shè)計(jì)。為了使渠道工程量最省，避免大土方搬運(yùn)，渠道縱坡基本上隨地形縱坡變化而變化。根據(jù)選擇的渠線地形、地質(zhì)條件，對渠道縱坡進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整，按《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》的要求，將流速控制在允許范圍內(nèi)，同時，滿足現(xiàn)狀各支渠的引水水位，最終確定了阿克蘇甫干渠及南支干渠各段渠道縱坡。

(2)渠道內(nèi)外邊坡設(shè)計(jì)。根據(jù)渠道沿線工程地質(zhì)勘察情況可知，擬建阿克蘇甫干渠及南支干渠渠線地層多以粉砂及粉土為主，局部夾有粉質(zhì)粘土層，根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL18-2004)中有關(guān)規(guī)定和地質(zhì)報(bào)告，干渠采用混凝土防護(hù)段渠道內(nèi)邊坡均為1:1.75，外坡1:1.5，土渠內(nèi)邊坡均為1:2.0，外坡1:1.75。

(3)渠道超高。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，本渠道為 4級建筑物，由各渠段具體設(shè)計(jì)縱橫斷面及設(shè)計(jì)流量，經(jīng)計(jì)算確定各渠段岸頂超高為0.46～0.61m。

4.3 渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）斷面形式。阿克蘇甫干渠：0+000-11+525采用抗硫酸鹽混凝土板襯砌，風(fēng)積沙防凍的梯形斷面，11+525-14+164為梯形土渠。南支干渠：采用梯形土渠。

（2）防滲設(shè)計(jì)。阿克蘇甫干渠前段0+000-11+525段采有預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)，混凝土板厚 8cm，混凝土強(qiáng)度等級為 C20（抗硫酸鹽)，抗?jié)B等級為 W6，抗凍等級為F200，渠頂設(shè)封頂板，封頂板長50cm，寬15cm，厚6cm，混凝土強(qiáng)度等級為C15，抗凍等級F200，抗?jié)B等級為W6。預(yù)制每8m設(shè)一道橫縫，在渠坡腳處分別設(shè)一條縱縫；縫寬 2cm，填縫材料下部用苯板，上部用2cm厚聚氨酯防水材料止水。由于受資金限制，阿克蘇甫干渠下段11+525-14+640段和南支干渠全段采用土渠結(jié)構(gòu)。

（3）防凍設(shè)計(jì)。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，項(xiàng)目區(qū)地下水位高，干渠及南支干渠渠線地層多以粉砂及粉土為主，局部夾有粉質(zhì)粘土層，小于 0.05mm粒徑的顆粒含量12.6～65.5%，由于小于0.05mm粒徑的顆粒含量按質(zhì)量比大于總質(zhì)量的6%，屬于凍脹性土。

根據(jù)計(jì)算換填厚度，渠道坡面下部及渠底的計(jì)算換填厚度為 0.60m，坡面上部的計(jì)算換填厚度為0.42m；底板和邊坡設(shè)計(jì)換填厚度均按0.6m設(shè)計(jì)。

5 渠系建筑物設(shè)計(jì)

該工程建筑物有：節(jié)制分水閘5座，渡槽1座，農(nóng)用橋2座，公路涵洞1座，跌水1座，所有建筑物下部結(jié)構(gòu)均采用抗硫酸鹽混凝土，各建筑物設(shè)計(jì)如下。

(1)節(jié)制閘設(shè)計(jì)。節(jié)制閘均采用重力開敞式水閘結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為寬頂堰自由出流形式，水閘分上游進(jìn)口連接段，中間閘室段和下游消能段三部分。

上游進(jìn)水口為扭面連接，混凝土結(jié)構(gòu)；閘室段為混凝土結(jié)構(gòu)，閘室長3.5m，閘后在閘墩上設(shè)4.5m寬的交通橋，閘口寬、高隨位置而變化，口寬在1.2～2.0m，口高 2.0m，閘門采用成品鑄鐵閘門。下游消能段由消力池和扭面連接兩部分組成，下游消力池均為底流式消能，長 8～18m，池深 0.5m，消力池底板為混凝土結(jié)構(gòu)，扭面連接為混凝土結(jié)構(gòu)，長8～10m。

(2)分水閘設(shè)計(jì)。分水閘設(shè)計(jì)為兩種型式，“一字”型閘和重力式常規(guī)閘，在阿克蘇甫干渠樁號7+150處設(shè)“一字”型閘，在阿克蘇甫干渠樁號10+803、11+525處設(shè)重力式常規(guī)閘。7+150處分水閘對稱布置于干渠兩側(cè)邊坡上，設(shè)計(jì)為潛孔式“一字”型閘結(jié)構(gòu)，閘門采用鑄鐵閘，閘后接涵管穿干渠堤；樁號 10+803、11+525處分水閘布置于干渠左側(cè)邊坡上，設(shè)計(jì)為重力式常規(guī)閘，上游進(jìn)水口為錐坡、弧面連接，混凝土結(jié)構(gòu)；閘室段為混凝土結(jié)構(gòu)，閘室長5.7m，閘后在閘墩上設(shè)交通橋，閘口寬、高隨位置而變化，閘門采用鑄鐵閘。

(3)農(nóng)用橋設(shè)計(jì)。阿克蘇甫干渠上共有 2座農(nóng)用橋，其樁號分別為 9+406、10+008。所有農(nóng)用橋均與渠道正交，橋凈寬4m，采用鋼筋混凝土板橋，混凝土重力式橋臺。

(4)渡槽設(shè)計(jì)。阿克蘇甫干渠跨孔雀河渡槽位于干渠樁號 8+142～8+249處，其設(shè)計(jì)過水流量為3.60m3/s，加大流量為4.68m3/s，渡槽槽身為矩型，總長72m，共6節(jié)，每節(jié)長12m，內(nèi)口凈寬2.2m，凈深1.6m，縱坡為1/8000，上設(shè)拉桿及人行道板。上游連接段 15m，下游連接段 20m，槽后采用底流式消能，消力池長15m，深0.5m，渡槽的基礎(chǔ)采用灌注樁，灌注樁深度為15m，直徑為0.8m。

(5) 涵洞設(shè)計(jì)。阿克蘇甫干渠穿公路涵洞位于干渠樁號 8+750處，其設(shè)計(jì)過水流量為 Q設(shè)=3.029m3/s，加大流量為Q加=3.938m3/s，涵管采用現(xiàn)澆混凝土方管，管凈寬 2.2m，凈高 1.8m，每節(jié)管長6m，渠道中線與阿克蘇甫鄉(xiāng)公路夾角約50°。

(6) 跌水設(shè)計(jì)。迪力帕支渠跌水位于阿克蘇甫干渠樁號14+163處，為單級跌水，跌口為矩形，進(jìn)口段為扭面連接，消能池采用矩形斷面，要求有相當(dāng)?shù)纳疃?，消能池上設(shè)交通橋，由于水舌為近垂直的自由跌落，消能池上池壁采用重力式胸墻以使結(jié)構(gòu)牢固。