中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目設(shè)計綜述

盛德民

(萬安縣水利局，江西 吉安 343800)

1 工程概況

左岸灌區(qū)是萬安縣重要的中型灌區(qū)，以萬安水庫為骨干水庫，聯(lián)合光明水庫、中洲水庫、荷塘水庫等小型水庫共同灌溉五豐鎮(zhèn)、羅塘鄉(xiāng)共2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)18個村委會的大部分農(nóng)田，是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)的主要基地，在萬安縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位和作用。灌區(qū)涉及人口3.85萬人，設(shè)計灌溉面積3346.67hm2，有效灌溉面積2546.67hm2。

萬安左岸灌區(qū)有總干渠一條，長14.98km；支渠7條(含光明支渠)，總長34km；設(shè)置斗、農(nóng)渠26條，總長40.5km。

萬安左岸灌區(qū)干支渠上現(xiàn)有建筑物83座，其中渡槽12座，隧洞4座，泄水閘13座，分水閘26座，節(jié)制閘5座，倒虹管1座，跌水1座，公路橋9座，人行橋12座。

2 灌區(qū)存在的主要問題

2.1 干渠存在的主要問題

1)灌區(qū)管理制度不完善，工作人員不足，灌溉效益差。

從灌區(qū)整個渠系現(xiàn)狀看，或因總干渠“一竿”到底較長，整個灌區(qū)存在越級取水較多的現(xiàn)象，農(nóng)民在上游渠道上經(jīng)常自主打洞取水，嚴(yán)重浪費(fèi)水量，導(dǎo)致形成上游農(nóng)田水汪汪，下游農(nóng)田旱干干的現(xiàn)象，影響灌區(qū)效益的正常發(fā)揮，也造成目前灌溉面積只能達(dá)到2546.67hm2。據(jù)此可見灌區(qū)合理規(guī)劃、統(tǒng)一配水、強(qiáng)化管理是左岸灌區(qū)配套規(guī)劃設(shè)計的重點(diǎn)內(nèi)容。

2)渠道淤積嚴(yán)重，影響過流，效益萎縮。

左岸灌區(qū)干渠現(xiàn)有坡降在1/5000-1/3000之間，干渠的下游渠段極少通水，甚至有些渠段被人為地攔堵了或栽種了莊稼。由于渠道兩邊坡時常有滑坡發(fā)生，致使渠道的斷面底寬越來越寬，屬典型的寬淺式，與渠道的過流量及坡降很不協(xié)調(diào)。灌區(qū)局部地區(qū)植被覆蓋條件不好，水土流失較為嚴(yán)重，也導(dǎo)致總干渠多段淤積較嚴(yán)重[1]。

3)地質(zhì)條件差，險工險段多，滲漏嚴(yán)重，造成水量損失太大，且危及渠道運(yùn)行安全。經(jīng)調(diào)查目前存在的主要險段有：總干渠0+018-0+030段、0+150-0+285段、1+010-1+020段、9+000-10+300段等，這些險段的險情主要是渠堤內(nèi)外坡滑坡、塌方，至使渠道常年淤塞。主要原因是：①滲漏量大，引起滲透破壞；②地下水位高，有的渠床位于地下水地段，渠床土壤飽和成軟基，失去穩(wěn)定；③渠道內(nèi)坡、渠堤外坡邊坡系數(shù)小，邊坡不穩(wěn)；④施工時未清基，填土不夯實；⑤原防滲加固處理不合理或施工質(zhì)量差，使原防滲加固工程失效，成為新的險段。

2.2 渠系建筑物存在的主要問題

1)渠系上分水閘和節(jié)制閘不齊全，無法對灌溉水量進(jìn)行調(diào)制和計量，造成灌溉用水不均勻，靠近水原點(diǎn)的耕地用水過多，嚴(yán)重浪費(fèi)灌溉水量，而灌溉尾部水量則嚴(yán)重不足，直接影響了灌區(qū)的灌溉效益。

2)渡槽連接部位質(zhì)量差，造成漏水，不僅造成水量浪費(fèi)，而且還危及渡槽和渠道的安全。

3)渠系建筑物損壞老化，干渠渠系建筑物已運(yùn)行二十多年，有局部損壞老化[2]。

3 灌區(qū)節(jié)水改造分析

3.1 改造措施及主要建設(shè)內(nèi)容

渠首工程：加固改造總干渠首消力池一座。

渠道工程：渠道工程總干渠整治總長14.3km，襯砌總長11.768km，清淤疏?？傞L9.957km。

渠系建筑物工程：續(xù)建萬安左岸灌區(qū)總干渠及各支渠渠系建筑物，包括渡槽8座，倒虹吸管1座，節(jié)制閘4座，分水閘2座，隧洞1座。

3.2 渠首工程設(shè)計

渠首消力池位于總干進(jìn)水渠樁號0+000進(jìn)水口前端，為萬安水庫大壩左測隧洞出口消力池，池長18m，高4.5m，寬9m，為鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。消力池自建成后運(yùn)行至今，池墻及底板出現(xiàn)多條裂縫，導(dǎo)致漏水嚴(yán)重，嚴(yán)重影響到灌區(qū)效益，急需修補(bǔ)。

本次設(shè)計改造擬對渠首消力池進(jìn)行裂縫修補(bǔ)、混凝土防滲加固處理，先對池內(nèi)底板及邊墻現(xiàn)有裂縫進(jìn)行M10水泥砂漿填縫修補(bǔ)，再對池內(nèi)底板及順?biāo)鞣较騼蓚?cè)邊墻進(jìn)行現(xiàn)澆一層15cm厚C20混凝土防滲面板處理，澆筑防滲面板前需對池內(nèi)現(xiàn)有混凝土表面進(jìn)行打磨鑿毛處理，再在池墻表面按梅花形布置打入膨脹螺絲，螺絲選用A2-70(6×150)型號，間距0.5m，隨后圍繞螺絲鋪設(shè)兩層厚6#鋼絲網(wǎng)，再進(jìn)行C20混凝土防滲面板澆筑[3]。

3.3 渠道工程設(shè)計

1)縱比降的確定：

根據(jù)工程現(xiàn)狀，各渠道建筑物基本均為維修，受現(xiàn)有渠道建筑物底高程限制，縱比降按設(shè)計與現(xiàn)狀相結(jié)合確定，渠道比降1/3000-1/5000，由于灌區(qū)主干渠尚未進(jìn)行確權(quán)劃界，考慮到遷占困難等一些列因素，本次渠道清淤在滿足過流的基礎(chǔ)盡量少占地，設(shè)計時，高于設(shè)計渠底的渠道開挖至設(shè)計渠底，邊坡超挖的，現(xiàn)狀邊坡視為設(shè)計邊坡，低于設(shè)計渠底的渠道按現(xiàn)狀渠底，不回填[4]。

2)渠道橫斷面設(shè)計：

結(jié)合現(xiàn)狀地形，綜合考慮施工條件等一系列因素，本工程左岸灌區(qū)干渠斷面參數(shù)為：設(shè)計水深1.6-0.8m，設(shè)計渠深2.6-1.3m，渠道底寬3.2-1.5m，渠頂寬≮2.0m，內(nèi)坡邊坡系數(shù)m1為1.25，外坡邊坡系數(shù)m2為1.25。

3)渠道清淤設(shè)計：

因本灌區(qū)渠線較長，干渠縱坡較緩，同時灌區(qū)范圍內(nèi)人類活動密集，渠道保護(hù)意識差，有些渠段甚至被人為地攔堵了或栽種了莊稼，導(dǎo)致渠道淤積嚴(yán)重，故本次設(shè)計對總干渠淤積嚴(yán)重段進(jìn)行清淤處理，處理總長9.957km，清除淤泥土方11139m3。

4)襯砌設(shè)計：

灌區(qū)渠道經(jīng)過多年的運(yùn)行，總干渠沿線滲漏點(diǎn)較多，渠道滲漏嚴(yán)重，灌區(qū)效益無法滿足沿線人民的群眾生產(chǎn)、生活要求，因此需要繼續(xù)對干渠進(jìn)行防滲加固處理。根據(jù)灌區(qū)的實際情況，本次設(shè)計擬對灌區(qū)總干渠進(jìn)行混凝土全斷面襯砌，以解決滲漏隱患。

左岸灌區(qū)渠道防滲選擇三種不同材料的護(hù)面防滲進(jìn)行比較：①現(xiàn)澆混凝土板襯砌防滲；②漿砌塊石襯砌防滲；③埋鋪式膜料(土工膜)防滲。根據(jù)規(guī)范，三種防滲材料的防滲效果及適用條件見表1。

表1 渠道各防滲方案基本情況表

各方案主要技術(shù)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

1)現(xiàn)澆混凝土板襯砌：襯砌厚度取15cm。優(yōu)點(diǎn)是防滲、抗沖性能好、耐久性強(qiáng)、工程量小、施工方便、造價較低。缺點(diǎn)是施工技術(shù)性要求較高。

2)漿砌塊石襯砌防滲：襯砌厚度30cm。優(yōu)點(diǎn)是防沖性能好、耐久性能強(qiáng)、施工技術(shù)簡單、不受區(qū)域和地形的限制。缺點(diǎn)是防滲性能較差、工程量大、需勞力多、運(yùn)輸較為困難、造價較高。

3)土工膜防滲：防滲效果最好，同時施工方便，但左岸灌區(qū)渠道主要通過白堊系泥巖地層，其邊坡遇水會形成坍塌，在土工膜上需用混凝土預(yù)制板或漿砌石保護(hù)，導(dǎo)致造價提高，設(shè)計取混凝土預(yù)制板厚10cm。

各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見表2。

表2 渠道防滲材料優(yōu)缺點(diǎn)比較表

綜上從材料的防滲效果、耐久性及造價看，結(jié)合灌區(qū)渠道現(xiàn)狀防滲材料及防滲效果，本次渠道加固設(shè)計選用C20現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡、護(hù)底方案，厚度150mm。

3.4 主要渠系建筑物改造設(shè)計

渠系建筑物由于當(dāng)時建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，年久失修，管理維護(hù)不到位等原因，經(jīng)過多年運(yùn)行，現(xiàn)狀均存在不同程度的失修、損壞現(xiàn)象。滿足灌排、交通等要求，按實際需要選擇適當(dāng)形式，對已有的灌排建筑物盡量利用，對需改建、拆除重建建筑物盡量減少水頭損失，滿足現(xiàn)有渠道水力要求。

3.4.1 分水閘工程設(shè)計

本灌區(qū)總干渠上建有多處分水涵閘，灌區(qū)運(yùn)行至今，未對各支渠分水閘進(jìn)行閘門及啟閉設(shè)備更換處理，現(xiàn)經(jīng)已有多處分水涵閘出現(xiàn)破損、漏水，進(jìn)出口坍塌等現(xiàn)象，無法進(jìn)行取水灌溉。本次統(tǒng)計總干渠上共有2處分水涵(閘)急需加固處理，本次設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場實際情況對四支分水閘進(jìn)行拆除重建處理；對一支分水閘進(jìn)行更換閘門及啟閉設(shè)備處理。

各分水閘設(shè)計均采用鋼筋混凝土箱涵形式，并設(shè)鑄鐵閘門及螺桿啟閉機(jī)，進(jìn)口采用C20混凝土扭面與干渠連接，出口接支渠。

3.4.2 節(jié)制閘工程設(shè)計

本次需加固的節(jié)制閘有4座，均位于總干渠上，目前節(jié)制閘存在的主要問題是啟閉機(jī)等設(shè)備老化或閘門銹蝕變形嚴(yán)重。本次加固設(shè)計對一支、二支節(jié)制閘更換或安裝閘門及啟閉機(jī)設(shè)施，增設(shè)啟閉房等配套設(shè)施；對渠首節(jié)制閘和四支節(jié)制閘拆除重建。

3.4.3 渡槽工程設(shè)計

渡槽是輸送渠道水流跨越河渠(小溪)、道路、山?jīng)_、谷口等架空輸水建筑物，是灌區(qū)交叉建筑物之一。萬安水庫左岸灌區(qū)總干渠現(xiàn)有8座渡槽。經(jīng)復(fù)核所有渡槽過水能力均能滿足設(shè)計要求，部分渡槽存在槽墩排架存在老化、露筋現(xiàn)象，槽身伸縮縫老化、漏水嚴(yán)重等，急需進(jìn)行維修加固處理。

本次擬對渡槽進(jìn)出口段進(jìn)行維修加固，拆除重建部分損壞的建筑設(shè)施，對渡槽排架及基礎(chǔ)采取外包C20混凝土加固措施；槽身混凝土老化等缺陷采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理；對原渡槽伸縮縫老化止水帶進(jìn)行拆除，再采用橡膠止水嵌縫加固措施。

3.4.4 倒虹吸管工程設(shè)計

倒虹管位于跨遂川江嵩陽橋上，長325m，斷面型式為U型，寬1.5m，高1.8m。經(jīng)復(fù)核倒虹吸管過水能力滿足設(shè)計要求，目前倒虹吸管運(yùn)行良好，無破損、漏水等現(xiàn)象，但倒虹管與其進(jìn)口豎井連接段(長4.5m)及出口豎井連接段(長5.5m)處滲漏水嚴(yán)重。該兩處倒虹吸管進(jìn)出口連接段總長10m，為鋼筋混凝土矩形箱涵結(jié)構(gòu)，凈空斷面尺寸1.5m×2m(寬×高)，本次擬對其先采用環(huán)氧砂漿抹面補(bǔ)強(qiáng)處理，之后再采用內(nèi)襯6mm厚鋼板防滲處理。

3.4.5 隧洞工程設(shè)計

現(xiàn)狀建筑物中總干渠井頭隧洞(樁號10+500-10+900)自運(yùn)行以來多次出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，隧洞為城門型襯砌段，斷面尺寸1.8×2.1m(寬×高)，兩側(cè)墻體為漿砌石襯砌，洞頂為混凝土砌石襯砌，底板為20cm厚混凝土襯砌。目前隧洞前段(樁號10+500-10+730)坍塌處利用灌區(qū)維養(yǎng)經(jīng)費(fèi)經(jīng)歷次搶修運(yùn)行較好，但隧洞后段(10+730-10+900)依然坍塌較嚴(yán)重，主要原因為此段地基為砂土，加上地下水較多，滲水較嚴(yán)重，使得隧洞底板上浮，邊墻下沉，造成隧洞結(jié)構(gòu)整體遭破壞，從而引起坍塌，造成隧洞淤積嚴(yán)重，過水困難。

本次節(jié)水配套改造擬對隧洞后段(10+730-10+900)進(jìn)行全面拆除重建。具體設(shè)計方案為：挖除隧洞出口段上覆土體，土體主要為砂壤土，覆土高度約為17m，將隧洞出口襯砌段全部拆除，后采用30cm厚C25鋼筋混凝土箱涵重新澆筑襯砌，凈空斷面尺寸1.8m×2.1m(寬×高)，新建的隧洞出口箱涵段與隧洞進(jìn)口城門段間設(shè)5m長鋼筋混凝土漸變連接段，待新建段混凝土完工后回填土體。同時因隧洞出口挖除段上覆土體頂部有一條混凝土公路，本次改造挖除后對其進(jìn)行重建，混凝土路面寬10m。

4 結(jié) 語

萬安縣左岸中型左岸灌區(qū)節(jié)水配套改造工程實施后，使灌區(qū)內(nèi)水源得以保證，灌區(qū)現(xiàn)狀渠系水利用系數(shù)由0.5提高到0.6；將實際灌溉面積2546.67hm2提高到3346.67hm2；增加灌溉效益259.14萬元；社會效益和生態(tài)環(huán)境效益顯著。