北疆某干渠預(yù)制排洪涵設(shè)計(jì)

童 亮

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊，830000）

1 工程概況

北疆某干渠沿線(xiàn)發(fā)育有較多沖洪溝，其中包括常年流水的洪溝。沖洪溝流向多為自北向南走向，基本上與渠線(xiàn)正交。洪溝的坡降較大，比降多在5‰～100‰之間。洪溝所處地降水較豐富，遇較強(qiáng)暴雨時(shí)，這些洪溝可產(chǎn)生一定的洪水，危及干渠安全。根據(jù)防洪系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及山洪溝洪水計(jì)算成果，經(jīng)導(dǎo)洪溝匯洪后沿渠線(xiàn)共設(shè)47座排洪建筑物，其中35座排洪涵洞、7座排洪渡槽、5座納洪口，沿渠線(xiàn)從上游至下游依次布置。沿途各溝設(shè)計(jì)洪峰流量在0.1～230.19 m3/s。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，干渠沿線(xiàn)地層巖性主要分布有砂礫巖、砂巖、泥巖、黃土、低液限粉土、低液限粘土、沙漠粉細(xì)砂及卵石混合土等。對(duì)過(guò)洪量較小，且適宜設(shè)置管涵處，為加快施工，適應(yīng)軟弱基礎(chǔ)時(shí)共設(shè)10座排洪管涵，采用預(yù)制管涵形式穿越干渠。

樁號(hào)22+819、29+163處上部分布第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，低液限粉土和低液限粘土，最大厚度13 m（0～1 m深的黃土為濕陷性黃土），其下沖積卵石混合土層，厚度10 m。

樁號(hào)67+202、72+083、72+864、76+089處地層巖性為第四系上更新統(tǒng)沖洪積低液限粉土夾低液限粘土，厚度10～20 m，下伏侏羅系砂巖、砂礫巖夾泥巖，砂巖膠結(jié)差，上部10 m已風(fēng)化成散體。

樁號(hào)81+824、83+019、86+489、90+728處巖性為第四系上更新統(tǒng)沖洪積低液限粉土、低液限粘土、黃土及侏羅系中～上統(tǒng)泥巖、砂巖及煤層，以砂巖為主。

2 排洪涵水力學(xué)

預(yù)制排洪管涵布置在填方渠道下，按無(wú)壓流進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮明渠沿線(xiàn)自然排洪溝底坡及排洪涵洞進(jìn)出口的水流連接。排洪涵洞結(jié)構(gòu)布置由進(jìn)口、洞身和出口組成。利用原有的山洪溝布設(shè)退水尾渠，排洪建筑物上、下游都進(jìn)行了防護(hù)設(shè)計(jì)，以保證干渠不受洪水沖刷及淘蝕。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?duì)接及水文專(zhuān)業(yè)洪水復(fù)核成果，洪溝30年一遇洪水流量為為1～12 m3/s。管內(nèi)的水流為無(wú)壓流。

根據(jù)地形資料及基本設(shè)計(jì)方案結(jié)合考慮，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，涵洞洞身長(zhǎng)度均大于65 m，先確定長(zhǎng)短洞，長(zhǎng)短洞分類(lèi)判別公式為：

式中：H為進(jìn)口水深。

經(jīng)計(jì)算各涵洞均為長(zhǎng)洞，涵洞的進(jìn)口水深，用寬頂堰流公式確定，洞內(nèi)水深用明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算。

洞內(nèi)正常水深計(jì)算公式：

式中：Q——過(guò)流流量，m3/s；

ω——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；

R——水力半徑；

i——渠道縱坡；

C——謝才系數(shù)。

n——粗糙系數(shù)。

水力學(xué)計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)無(wú)壓管涵水力學(xué)要素表1。由表1可看出，洞內(nèi)水深均小于洞徑的3/4，滿(mǎn)足凈空要求，符合規(guī)范要求。

3 排洪涵及防滲設(shè)計(jì)

進(jìn)口導(dǎo)洪引渠采用C20 F200 W6現(xiàn)澆混凝土襯砌，混凝土板下為一布一膜（膜厚0.4 mm)的防滲層，膜下布設(shè)M 10水泥砂漿墊層，厚30 mm。進(jìn)口引渠伸縮縫間距6 m設(shè)一道，縫寬20 mm，縫間苯板(中密)，迎水表面30 mm用改性瀝青填縫，混凝土板間縫分縫尺寸不大于3 m×3 m，采用M 10砂漿勾縫。大多洪溝縱坡起伏較大，在進(jìn)口段裹頭上游側(cè)設(shè)消能齒墻及布置鉛絲石籠，寬度5m，并在鉛絲石籠底部鋪設(shè)一層無(wú)紡布進(jìn)行防滲，鉛絲石籠底板厚度為0.8 m，邊坡及護(hù)岸采用0.4 m。

涵管段除樁號(hào)86+489排洪涵為雙管以外，均為單管，管長(zhǎng)70～140 m，縱坡1/13～1/500?？紤]有檢修清淤要求，預(yù)制管管徑統(tǒng)一取DN 1800，2 m/節(jié)。涵管接縫位置采用雙重防滲處理。涵管外表面接縫處粘貼一布一膜（0.4 mm厚），縫兩側(cè)各200 mm，縫內(nèi)折皺5 cm，接縫位置采用500 cm寬的C 20混凝土鎮(zhèn)墩防護(hù)，管頂以上20 cm；迎水面用雙組份聚硫密封膏嵌縫3 cm，縫內(nèi)采用瀝青麻絲填縫。管座采用C20 F200 W6現(xiàn)澆混凝土澆筑，管底以下50 cm，與管身弧度密切貼合。涵管管座每6 m設(shè)一道沉降縫，縫內(nèi)填充苯板，且與涵管接縫對(duì)齊。通過(guò)對(duì)地基承載力計(jì)算，對(duì)地基承載力不滿(mǎn)足要求的涵底進(jìn)行砂礫石換填處理，厚度為30～300 cm。

出口段由矩形消能段和梯形連接渠組成。消力池及泄槽段采用C25 F200 W6現(xiàn)澆鋼筋混凝土澆筑，厚50 cm。連接渠采用采用C20 F200 W6現(xiàn)澆混凝土襯砌，混凝土板下為一布一膜（膜厚0.4 mm)的防滲層，膜下部設(shè)一道M 10水泥砂漿墊層，厚30 mm。末端設(shè)置60 cm厚鉛絲石籠，其下鋪設(shè)一層無(wú)紡布。

表1 無(wú)壓管涵水力學(xué)要素表

4 施工要點(diǎn)

一是基礎(chǔ)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)高程開(kāi)挖，對(duì)基礎(chǔ)面需碾壓密實(shí)，對(duì)于不能滿(mǎn)足承載力要求的基礎(chǔ)，須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相關(guān)處理。二是澆筑基礎(chǔ)混凝土?xí)r，應(yīng)注意預(yù)留管壁厚度及安放管節(jié)座漿，澆筑后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。涵管安裝完畢后，澆筑第二層混凝土?xí)r，重點(diǎn)控制新舊混凝土的結(jié)合及管基混凝土與管壁的結(jié)合，管座尺寸按設(shè)計(jì)圖紙施工。三是管涵委托具有合格資質(zhì)的廠(chǎng)家按圖紙要求定制生產(chǎn)，檢驗(yàn)合格后運(yùn)至工地安裝，準(zhǔn)確計(jì)算管涵全長(zhǎng)與管節(jié)的配置以及端墻的準(zhǔn)確位置，從下游開(kāi)始安裝，使接頭面向上游安裝，每節(jié)涵管緊密想貼于已鋪好的基座上，保證涵管受力均勻。四是管道接縫處，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求處理，保證后期運(yùn)行時(shí)不發(fā)生涵管漏水的安全隱患。涵管管座沉降縫間距和填縫要求均需達(dá)到設(shè)計(jì)要求。五是管道按照完成后，管道周?chē)幕靥?，?yīng)控制回填土的級(jí)配及最大粒徑，管道周邊的壓實(shí)，須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)指標(biāo)，壓實(shí)不宜使用大型機(jī)械。

5 結(jié)論

第一，由于干渠沿線(xiàn)部分洪溝溝寬較窄，洪水期施工導(dǎo)流困難，采用預(yù)制管涵替代現(xiàn)澆箱涵有效縮短施工工期。

第二，通過(guò)對(duì)涵管接縫位置的雙重防滲處理，解決了預(yù)制管涵滲漏問(wèn)題，從而保證了填方干渠渠基穩(wěn)定。

第三，對(duì)承載力不滿(mǎn)足要求的渠基土進(jìn)行換填砂礫石處理，有效地保證了涵管因地基不均勻沉降引起的接縫處管節(jié)錯(cuò)位問(wèn)題。

第四，工程建成后，通過(guò)一年的運(yùn)行，排洪涵及時(shí)將上游的洪水排至下游，排洪涵周邊未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，對(duì)干渠安全運(yùn)行未造成任何影響。