烏蘇市喇嘛溝西湖段防洪工程排洪渠優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

王 震

（烏蘇市興源水務(wù)有限公司，新疆 烏蘇833000）

1 工程區(qū)概況

1.1 流域概況

喇嘛溝位于新疆塔城地區(qū)烏蘇市境內(nèi)，發(fā)源于天山中段北坡，其東、西分別與同發(fā)源于天山北坡中段的奎屯河流域及四棵樹河流域毗鄰，河流成南北走向。洪水流經(jīng)烏蘇市塔布勒合特鄉(xiāng)、甘河子鄉(xiāng)、西湖鎮(zhèn)等，最后散失在平原區(qū)。喇嘛溝上游有三條支溝構(gòu)成，南北走向，由西向東依次為艾其溝，將軍溝，托斯特溝三條支流，流域面積分別為55.1 km2、78.7 km2、59.7 km2，在喇嘛溝及其三條支流上均無水文站，據(jù)新疆水文水資源局1998 年完成的《烏蘇市地表水資源調(diào)查評(píng)價(jià)》資料，估算三條支溝多年平均年徑流量分別是0.0373×108m3、0.0475×108m3、0.0305×108m3。

1.2 水文地質(zhì)條件

防洪工程區(qū)位于準(zhǔn)噶爾～北天山褶皺系（Ⅱ）中的烏魯木齊山前凹陷（Ⅱ36）地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)。構(gòu)造較發(fā)育，30 km 范圍內(nèi)無活動(dòng)斷裂分布。A1～A2 段地震動(dòng)峰值加速度0.20 g，相應(yīng)地震基本烈度Ⅷ度,設(shè)計(jì)地震分組為第三組；工程區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期均為0.45 s。B1～B2 段地震動(dòng)峰值加速度0.15 g，相應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度；工程區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期均為0.45 s。

防洪工程地基土為非鹽漬土，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及對(duì)鋼結(jié)構(gòu)均具微腐蝕，其Na2SO4含量低，不具鹽脹性。②工程區(qū)地下水位埋深受地形坡降影響，其差異較大，防洪工程A1～A2 段勘察深度3 m～5 m 范圍內(nèi)大部分未能揭露到地下水。B1～B2 段中地下水位埋深在自然地面以下2.0 m～4.0 m，越向下游水位埋深越淺。該地下水均屬孔隙型潛水，主要受降水、上游側(cè)向補(bǔ)給和農(nóng)業(yè)灌溉影響，地下水位年變幅在1 m 左右。地下水類為CO3—Na 型，礦化度0.257 g/L，水質(zhì)好，pH 值10.6，具弱堿性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性和混凝土結(jié)構(gòu)中和鋼筋均不具腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

2 排洪渠優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

根據(jù)《新疆塔城地區(qū)烏蘇市喇嘛溝河防洪規(guī)劃報(bào)告》，按照全面規(guī)劃，綜合治理，分期實(shí)施的方針和原則合理布置堤、渠線，結(jié)合河道地形、地貌、河道特征、水勢(shì)、地質(zhì)條件和兩岸工程設(shè)施狀況；由于喇嘛溝現(xiàn)狀已初步形成沖洪溝，則依據(jù)現(xiàn)狀對(duì)喇嘛溝以排洪渠的形式進(jìn)行全斷面護(hù)砌，以防河道進(jìn)一步?jīng)_刷威脅城鎮(zhèn)。

根據(jù)原初步設(shè)計(jì)建設(shè)內(nèi)容，建設(shè)防洪堤（樁號(hào)18+000～18+156）總長(zhǎng)為0.156 km，修建排洪渠（樁號(hào)30+800～37+830）總長(zhǎng)為7.022 km，河道清淤（樁號(hào)40+600～43+600），總長(zhǎng)為3.000 km，喇嘛溝防洪0+000 樁號(hào)為擬建山區(qū)段出山口處，即從出山口處為起點(diǎn)處，喇嘛溝下游平原段起點(diǎn)處樁號(hào)為11+698，防洪工程建設(shè)起點(diǎn)為G312 國(guó)道甘河子大橋下游處，即起點(diǎn)樁號(hào)為18+000m，末點(diǎn)樁號(hào)為43+600 m。

但是，喇嘛溝沿岸歷經(jīng)多次洪水沖刷，原河床地形變化較大；現(xiàn)狀喇嘛溝有烏蘇市污水廠水及生活用水排入，水量在1 m3/s～3 m3/s，流量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，施工排水較為困難，施工難度較大。所以進(jìn)行工程設(shè)計(jì)變更，變更后建設(shè)新建防洪堤（樁號(hào)18+000～18+156）總長(zhǎng)為0.156 km；新建排洪渠（樁號(hào)30+800～37+832）總長(zhǎng)為7.022 km；河道清淤（樁號(hào)40+600～43+741）總長(zhǎng)為3.141 km，軸線調(diào)整后較原批復(fù)長(zhǎng)度增加0.141 km。新建段排洪渠橫斷面型式調(diào)整為全斷面雷諾護(hù)墊型式。

3 橫斷面方案比選

3.1 方案一：現(xiàn)澆砼邊坡+干砌卵石渠底

排洪渠邊坡采用C20F200 現(xiàn)澆砼邊坡，渠底采用干砌卵石襯砌，臨水邊坡為1∶1.75，背水邊坡為1∶1.5，渠底漿砌石厚度為30 cm，渠底寬8 m～10 m，壓頂采用30 cm×8cm，渠深2.6 m～3.2 m。排洪渠沿橫斷面每隔50m 設(shè)一道0.3 m×0.5 m 橫梁，兩側(cè)現(xiàn)澆砼邊坡板底部及排洪渠底部中心各設(shè)一道0.3 m×0.3 m 網(wǎng)格縱梁，底部每隔5 m 設(shè)一道0.3 m×0.3 m 網(wǎng)格橫梁。排洪渠現(xiàn)澆混凝土板分縫尺寸為2.0 m×2.0 m，縫寬2 cm，采用高壓苯板分縫，縫表面5 cm 采用聚氨脂砂漿嵌縫。排洪渠頂設(shè)封頂板，封頂板寬0.3 m，厚8 cm，每隔1.5 m 設(shè)一道縫，采用高壓苯板分縫，縫表面2 cm 采用聚氨脂砂漿嵌縫。排洪渠轉(zhuǎn)角處轉(zhuǎn)彎半徑為100 m，見圖1。

圖1 現(xiàn)澆砼邊坡+ 干砌卵石渠底方案

3.2 方案二：全斷面雷諾護(hù)墊

排洪渠邊坡采用30 cm 厚雷諾護(hù)墊，渠底采用40 cm 厚雷諾護(hù)墊襯砌，臨水邊坡為1∶1.75，背水邊坡為1∶1.5，渠底寬7 m～10 m，渠深2.8 m～3.5 m。排洪渠沿橫斷面每隔50 m設(shè)一道0.5 m×0.8 m（寬×高）格賓石籠橫隔墻，兩側(cè)邊坡底部各設(shè)一道0.5 m×0.8 m（寬×高）格賓阻滑墻，雷諾護(hù)墊下設(shè)一層濾水土工布，規(guī)格500 g/m2。其中樁號(hào)30+800～32+300 段雷諾護(hù)墊下均設(shè)一層濾水土工布，32+300～37+830 段底部設(shè)一層濾水土工布，見圖2。

圖2 全斷面雷諾護(hù)墊型式

3.3 橫斷面型式比選

現(xiàn)澆砼邊坡+干砌卵石渠底方案和全斷面雷諾護(hù)墊方案抗沖性能均較好，方案一：干砌卵石需25 cm～30 cm 粒徑卵石料，現(xiàn)狀卵石料選取不易；采用現(xiàn)澆砼措施，適應(yīng)變形能力較差，施工工序多，施工進(jìn)度較慢，施工難度大，施工工期長(zhǎng)，維修難度較大；且現(xiàn)狀喇嘛溝有污水廠水排入，流量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，施工排水困難，且排水費(fèi)用高?，F(xiàn)狀喇嘛溝兩岸已種植為耕地及林帶，方案一侵占部分耕地和林帶，產(chǎn)生新的征地補(bǔ)償費(fèi)用，同時(shí)涉及占地戶數(shù)多，且大部分耕地為二輪承包地，協(xié)調(diào)處理難度大。方案二：雷諾護(hù)墊需粒徑10 cm～20 cm 卵石料，現(xiàn)狀卵石料選取方便，采用全斷面雷諾護(hù)墊型式能適應(yīng)較大變形，施工工序較少，施工進(jìn)度較快，施工工期短，采用柔性結(jié)構(gòu)，容易維修，方案二不侵占耕地和林帶，無征地補(bǔ)償費(fèi)用。兩種方案比選見表1。

表1 橫斷面型式比選表

經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較分析后推薦方案二，即全斷面雷諾護(hù)墊方案。

4 排洪渠優(yōu)化設(shè)計(jì)水力計(jì)算

本工程按照逐段求水深法進(jìn)行排洪渠設(shè)計(jì)水力計(jì)算，先確定各斷面位置，再根據(jù)控制斷面逐個(gè)確定斷面水深，具體公式如下：

式中：i 為渠道底坡；s 為沿水流方向渠道沿程坐標(biāo)，m；Q 為流量，m3/s；g 為重力加速度，m/s2；α 為動(dòng)能修正系數(shù)；Δsp為間隔斷面的間距，m；n 為渠道綜合糙率；hp為斷面水深，m；Ap為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；Rp為水力半徑，m。

原設(shè)計(jì)排洪渠各段水力要素見表2。

表2 原設(shè)計(jì)排洪渠水力要素計(jì)算表

變更設(shè)計(jì)排洪渠各段水力要素計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 變更設(shè)計(jì)排洪渠水力要素計(jì)算表

通過排洪渠設(shè)計(jì)水力計(jì)算可以看出，本次排洪渠變更設(shè)計(jì)樁號(hào)30+800～37+832 段渠深增加0.2 m～0.3 m。

5 結(jié)論

塔城地區(qū)烏蘇市喇嘛溝洪水災(zāi)害頻發(fā)，現(xiàn)狀河道防洪設(shè)施簡(jiǎn)陋，導(dǎo)致汛期洪水沖毀兩岸農(nóng)田，村莊，嚴(yán)重威脅兩岸農(nóng)牧民生命財(cái)產(chǎn)安全，當(dāng)?shù)卣磕晷柰度氪罅康娜肆?、物力、?cái)力進(jìn)行防洪搶險(xiǎn)。烏蘇市喇嘛溝西湖段防洪工程是促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展及人民脫貧致富的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施，具有良好的社會(huì)效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。防洪工程排洪渠優(yōu)化后渠深增加，能解決大量烏蘇市污水廠水及生活用水排入現(xiàn)狀喇嘛溝后的施工排水困難，對(duì)改善當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)、生活條件，提高生活水平，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，改善工程防護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境和人民群眾的生產(chǎn)生活條件具有積極意義。