引水灌溉項(xiàng)目管道穿越工程設(shè)計(jì)分析

□陳頂柯

（內(nèi)鄉(xiāng)縣水利技術(shù)指導(dǎo)站）

0 引言

在引水灌溉項(xiàng)目中，管道穿越工程由于管線分布廣、線路長，不可避免地要與河流、高地、交通路線等交叉，受條件限制無法采用開槽施工，，因此非開挖穿越施工技術(shù)因施工空間較小，不影響交通及河道行洪，應(yīng)用越來越廣泛。

1 工程概況

供水灌溉項(xiàng)目區(qū)降水量豐沛，多年平均降水量為1 056 mm。降水量的年際分配不均勻，降水量的年內(nèi)分配也不均勻，雨量多集中于夏季，6—9月降水量占全年降水量的60%以上，其中7、8 月份占全年降水量的38%。另一降水量較多的時(shí)段為4—5月，占全年降水量的16.70%，而降水量最小的12—2月三個(gè)月的降水量只占全年降水量的6.70%。

供水灌溉項(xiàng)目區(qū)無過境水補(bǔ)給，可供工、農(nóng)業(yè)和生活用水資源，只有當(dāng)?shù)氐乇韽搅骱偷叵滤?。市?nèi)多年平均天然水資源總量20 063萬m3，全市人均630 m3，耕地畝均629 m3，水資源相對較貧乏，且分布不均勻，開發(fā)利用限制因素很多，實(shí)際利用還要做很多工作。

供水灌溉項(xiàng)目區(qū)多為管道埋設(shè)，穿越溝道施工時(shí)，采用上下游圍堰，材料采用土圍堰，尺寸為高1.50 m，頂寬2 m，邊坡1：1。穿越道路施工時(shí)，采用破路直埋形式，完工后恢復(fù)原路面。

2 引水灌溉項(xiàng)目穿越工程設(shè)計(jì)

2.1 穿越道路設(shè)計(jì)

管線穿越公路段持力層主要為第⑤土層重粉質(zhì)壤土層，地基承載力特征值為fa=130 kPa；勘察期間，測得地下水主要分布在第⑥土層粉質(zhì)粘土層中，局部分布在第⑤土層重粉質(zhì)壤土層中，地下水埋藏稍深，地下水對管線穿越公路施工基本不會(huì)產(chǎn)生影響。管線穿越道路施工時(shí)，建議增設(shè)護(hù)管。

灌溉管線共穿越道路33 處，多為村級(jí)公路，路面平均寬5 m。穿越道路均采用破路埋管施工，輸水管道外套混凝土管2級(jí)管?；炷凉苤睆奖容斔苤睆酱?.60 m，然后用自密式C15混凝土填充，平均每處4根混凝土管8 m長。經(jīng)統(tǒng)計(jì)Φ1 500混凝土管96 m，Φ1200 混凝土管88 m，Φ1000 混凝土管80 m，總長264 m。管頂覆蓋厚度≥1.50 m。

施工時(shí)應(yīng)修建臨時(shí)鋪道，待施工完畢后，按原規(guī)?；謴?fù)原道路，并拆除鋪道。工程共有33條道路需要明挖直埋，破路面積660 m2。見表1。

表1 管線穿路統(tǒng)計(jì)表

2.2 穿越小型溝渠設(shè)計(jì)

管線沿線穿越溝渠段建議采用倒虹吸形式，所涉及到的地層巖性依次第⑤土層重粉質(zhì)壤土和第⑥土層粉質(zhì)粘土，地基承載力特征值分別為130和160 kPa。地基土地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘性土單一結(jié)構(gòu)，均為中壓縮性，無軟弱夾層和不良地質(zhì)現(xiàn)象。建議管線埋置深度在溝渠段埋深應(yīng)≥1.50 m，且應(yīng)采取護(hù)砌防止河水沖刷措施。

供水管線共穿越小型溝渠14處，溝渠底較窄，寬為3～40 m，邊坡均＜1∶2 m。經(jīng)綜合考慮，本次管線穿越溝渠段采用倒虹吸形式，埋深要大于溝道沖刷深度。

河床沖刷深度采用以下公式計(jì)算：

式中：△hp—從河底算起的局部沖深（m）；α—水流流向與岸坡交角，（°），取60°；m—防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)，取1.50；d—坡腳處土壤計(jì)算粒徑（cm），取0.04；Vj—水流局部沖刷流速（m/s），取1.40 m/s。

經(jīng)計(jì)算溝渠沖刷最大深度一般為0.50～1 m 之間，本次管頂覆土厚度按≥1.50 m進(jìn)行設(shè)計(jì)，底管長度為8～40 m，管道縱坡≤1：3，回填后壓實(shí)度≥0.90，對管道爬坡段及穿越河溝段，采用0.30 m 厚M7.5 漿砌石護(hù)體防護(hù)，以防止回填土被沖刷。見表2。

表2 管線穿溝渠統(tǒng)計(jì)表

2.3 穿越水庫上游設(shè)計(jì)

管線穿越水庫上游段（樁號(hào)0+400）持力層主要為第④土層砂礫石層，地基承載力特征值為fa=150 kPa；勘察期間，測得地下水主要分布在第③土層淤積中粉質(zhì)壤土層或第④土層砂礫石層中?？辈炱陂g，水庫上游段河槽內(nèi)有水，地下水埋藏稍淺，對管線施工產(chǎn)生一定影響，綜合考慮降水、排水及河槽段開挖具體方案及導(dǎo)流工作，確保施工質(zhì)量。由于該段位于水庫溢洪道出口附近，應(yīng)計(jì)算河水對砂礫石沖刷深度，管線在該河槽應(yīng)有足夠的埋深（不應(yīng)＜3.00 m），且應(yīng)采取護(hù)砌防止河水沖刷措施。

管線進(jìn)口段在0+400需穿越田崗水庫上游，水庫溢洪道出口，總長約50 m。穿越方案有兩種，一是建支墩加高穿越，二是地埋穿越。方案1建支墩加高穿越，需建支墩8個(gè)，每個(gè)支墩寬1.20 m，高6.50 m，嚴(yán)重影響水庫泄洪，且投資成本太高，不再考慮。本次穿水庫上游段采用地埋形式。

2.3.1 沖刷計(jì)算

2.3.1.1 一般沖刷計(jì)算

采用《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》中8.5.3-1式（式2-4）計(jì)算。

根據(jù)水庫運(yùn)行方式水庫訊限水位為107.00 m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，流量為500 m3/s。

經(jīng)計(jì)算得：按20 a一遇水位，一般沖刷完成后，最大沖坑深為2.84 m。

2.3.1.2 橋墩局部沖刷計(jì)算

用《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》中的8.5.3-4式

當(dāng)V＞V0，采用《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》中8.5.3-6式：

按《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》8.5.3-4 式計(jì)算，沖刷完成后墩前在一般沖刷的基礎(chǔ)上局部沖坑深為0.78 m。

2.3.2 穿越設(shè)計(jì)穿越處地埋管采用倒虹吸形式，管頂埋深3 m，為防止河水沖刷，河底采用C25現(xiàn)澆混凝土護(hù)砌，厚3 m，管底采用粗砂墊層，10 cm厚。

根據(jù)水庫用水要求，水庫水位不得低于85.20 m，穿越處河底高程為83.20 m，相差2 m?？紤]采用分段圍堰進(jìn)行施工，一期施工西側(cè)30 m，二期施工東側(cè)20 m，圍堰采用袋裝土圍堰，外鋪防滲膜，設(shè)計(jì)圍堰高3.50 m，寬4 m，邊坡1：2，為保證施工作業(yè)，兩側(cè)圍堰間距20 m，圍堰范圍內(nèi)設(shè)集水坑，采用水泵不停抽水。

3 結(jié)語

綜上所述，本引水灌溉項(xiàng)目管道穿越工程根據(jù)穿載不同的地方，采用不同的穿越方式，管道穿越工程施工取得良好的效果，不但可以節(jié)省工程投資，縮短工期，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且安全可靠。