陸渾灌區(qū)東一干渠挖方石渠改造方案淺議

劉社教

摘 要：陸渾灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造工程已建多年，是2011年中央一號文件《關(guān)于水利改革發(fā)展的決定》精神在陸渾灌區(qū)的具體實踐。一部分工程改造之難從某種意義上來說不亞于一次新的工程建設(shè)。東一干渠石渠段的改造就是這樣一項工程，它即看重工程本身安全，又要兼顧工程上下游的過水協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：石渠；改造；實踐；治理

1 概況

陸渾灌區(qū)是河南省一座大型灌區(qū)，從1970年起建有總干渠，東一干渠、東二干渠、西干渠、灘渠5條干渠。陸渾灌區(qū)控制灌溉面積12萬hm2，除農(nóng)業(yè)灌溉外，新的拓展規(guī)劃涉及到的建設(shè)領(lǐng)域十分寬廣。今日續(xù)建配套工程正在積極推進，東一干渠石渠改造就是一個實例。

2 東一干渠石渠段

2.1 石渠

石渠顧名思義就是石筑的水渠。在東一干渠上有石渠多處，但形式不外乎有四種，石頭全砌、渠身單側(cè)和渠底石砌，渠身單側(cè)石砌和全挖四種。

東一干渠石渠自建成運用起就暴露出很多問題，普遍存在滲漏水問題，尤其是伸縮縫部位。石渠的滲漏輕者造成水量損失，重則影響工程安全。以前采取內(nèi)側(cè)勾縫外側(cè)補強增穩(wěn)的辦法不太理想，后改為在石墻內(nèi)側(cè)加襯護層的辦法效果明顯。至今有一段石渠從建成起未再做任何處理，那就是全挖石渠。

2.2 東一干渠全挖石渠

在東一干渠內(nèi)埠隧洞出口有一段石渠就是全挖石渠。石渠樁號1+165～1+800，在隧洞的出口有15m長的漸變段，因此這段石渠長635m。在石渠樁號1+800以下是一段長度達1426m的開挖或半挖半填的土渠，本段石渠也是本文所指。

3 石渠的現(xiàn)狀斷面

3.1 石渠的現(xiàn)狀

本段石渠坡陡渠深，地質(zhì)條件欠佳，邊坡穩(wěn)定性差，當時雖用混凝土全部護砌，但襯砌未加振搗，實際施工僅5cm厚度而且厚薄不勻，現(xiàn)狀呈多處破碎脫落，渠幫坑坑洼洼，雖“凹陷”比“凸出”對過流的影響小，但“小水高位”的現(xiàn)象，也間接影響到上下游的過流問題。

3.2 石渠近年來水位流量關(guān)系

近年來通過十幾次水位流量關(guān)系的測算分析，水位和流量大致成正比關(guān)系，水位升高，流量增大，水位降低，流量減少，但受漲水和降水的影響，水位和流量關(guān)系還有一些不太和諧的現(xiàn)象，但相關(guān)關(guān)系大致還是可以的。

3.3 石渠過流量驗算

3.3.1 東一干渠竣工資料驗算

開挖石渠設(shè)計水位4.3m，超高0.6m，糙率0.0225，比降1/5000，邊坡系數(shù)0.7，渠底寬5.36m，經(jīng)計算設(shè)計水位的過流量為39.2m3/s。

3.3.2 石渠的護砌和設(shè)計過流的驗算

石渠建成后，為滿足設(shè)計過流要求，當時采用了100#混凝土護砌，厚度僅有5cm，而且厚薄不勻，當糙率n=0.016時，Q=55.1m3/s，當糙率n=0.017時，Q=51.9m3/s，二者均滿足設(shè)計流量Q=50m3/s。

3.3.3過流量的實際驗算與分析

近年來我們在此石渠段進行了多次流量實測，并與理論計算作一比較，計算中選n=0.016，見表1。

通過上表可以看出，實測流量接近或略小于設(shè)計流量。說明渠道經(jīng)過長期運用渠況變差，糙率已大于0.016或接近于0.0165，因此過流量較設(shè)計略小點。另外實測流量也受到許多因素的影響。

4 石渠的改造

本段石渠從建成起已經(jīng)幾十年的運用，老化失修破損非常嚴重，僅從工程角度來看有幾種改造方案供選擇。

4.1 渠道開挖方案

渠道可開挖幾種不同深度，然后再護砌維持現(xiàn)狀斷面尺寸不變。分別選取開挖深度10cm、15cm和20cm三種形式。

4.2 渠道半挖半填方案

渠道開挖一部分后護砌，護砌厚度是開挖深的2倍，現(xiàn)狀斷面稍變。有開挖5cm護砌10cm，開挖7.5cm護砌15cm和開挖10cm護砌20cm等形式。

4.3 渠道不開挖護砌

渠道不開挖，僅清除松動巖石雜土亂草，渠道稍加整理然后直接在原石渠上護砌。護砌厚有10cm、15cm和20cm三種形式。

4.4 護砌方式的比較

上述3種方案，可以分為全開挖、半挖半填和全填護三種情況，9種護砌方式形成的護砌厚度分別是10cm、15cm和20cm。但這段石渠巖石風化，自然條件差，10cm厚的混凝土墻是不夠的，在剩余的6種型式中，無論是15cm和20cm厚混凝土護砌，顯然是開挖越少轉(zhuǎn)渣費用越低工程造價越小。因此本段工程改造全選不開挖護砌。在現(xiàn)石渠墻清基后最小護砌厚度不應小于15cm，厚的地方可達20cm以上?，F(xiàn)在開挖和轉(zhuǎn)渣費用每立方單價達1百多元。少開挖3000方土石量，僅此一項就可節(jié)省開支30余萬元，而且省工省力。不擾動原狀土結(jié)構(gòu)體。

5 石渠改造對渠道過流的影響分析與評價

石渠改造后的斷面和形狀都會多少發(fā)生一些改變。也因混凝土標號提升和施工質(zhì)量的改善及斷面形狀的微變。石渠的過流問題就有相應的變化。石渠改造在滿足設(shè)計流量的前提下需關(guān)注上下游水位的銜接問題。

5.1 石渠改造的過流問題

石渠改造后斷面存在一些問題。椐已建工程測算，渠道的糙率普遍減少到0.015左右，在原渠道上開挖護砌維持原斷面不變，經(jīng)計算在設(shè)計水位4.3cm的情況下可過流56.6m3/s，滿足50m3/s的設(shè)計流量。當渠道直接護砌20cm后，當通過設(shè)計流量時，因邊墻和渠底均護砌20cm，實際水位與設(shè)計水位耦合等同，但實際水深僅有4.1m，如護砌厚度減少渠水位就會低于原設(shè)計水位。

5.2石渠改造后的水流銜接問題思考

石渠改造后，在通過設(shè)計流量50m3/s的情況下，渠水位耦合于設(shè)計水位。實際針對不同的改造型式，渠水位低于或高于設(shè)計水位的可能性都存在，這樣對上下游的過流多少都會產(chǎn)生一些影響，尤其是石渠的進出口段，因結(jié)構(gòu)型式和糙率的變化對水的流態(tài)有影響進而引起局部水頭損失的變化，石渠的沿程水頭損失也有變化。本文關(guān)注的是局部水頭損失，就石渠改造本身來講，糙率變化的影響相對于斷面微變的影響小。

5.3 石渠進口段的水流流態(tài)變化的分析研究

5.3.1 水流流態(tài)的初步分析

在陸渾灌區(qū)上的漸變段普遍存在，做為建筑物和石渠的組成部分。漸變段又分進口和出口兩種形式。在東一干渠隧洞上的漸變段是進口為順坡，出口為逆坡，如內(nèi)埠隧洞進出口漸變段坡差分別為0.352m和-0.131m。漸變段的底坡和水位線的變化不完全一致。石渠進口的漸變段（內(nèi)埠隧洞出口）的改造，渠坡和渠底各護砌20cm厚混凝土，這就改變了原有漸變段的形狀、坡差和糙率。漸變段的水流是急變流，石渠的改造對水的流態(tài)將產(chǎn)生新的影響。

5.3.2 石渠改造對漸變段水流影響程度的分析。

石渠改造后漸變段進口尺寸不變，出口略變小，一般來說，在進口水位不變的情況下，出口水位多少升一點。由于石渠的改造，渠道的糙率減小，具體到漸變段水位就又降一點，這兩個因素的影響可大致相抵。主要的影響因素就是漸變段底坡的變化。為了適應石渠的改造漸變段也做相應的修整護砌。在漸變段上的護砌厚度由漸變段的零厚度漸變至20cm厚度，經(jīng)過計算在漸變段出口的實際水位將抬升約30cm以上，由于漸變段后緊連石渠，其坡降達1/5000，具有一定的消峰作用。實際上漸變段的水位抬升有限，在可控范圍之內(nèi)，在石渠出口漸變段的情況會更好些。漸變段的改造必然增加水頭損失，另一方面石渠的改造又減少水頭損失，本文不做深究。

6 結(jié)語

挖方石渠改造是一項嶄新的工程建設(shè)。加強改造前后的觀測分析研究，補充完善理論體系，為續(xù)建配套節(jié)水改造工程打下堅實基礎(chǔ)。endprint