呼圖壁河青年干渠工程設(shè)計及施工技術(shù)

謝 軍

(新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

1 工程概況

呼圖壁河灌區(qū)位于該河中下游處，地處沖洪積扇平原，灌區(qū)人口總數(shù)為20.5萬人，總面積70 293.3 hm2，年實際灌溉用水量近3.6億m3。呼圖壁河灌區(qū)主要分為四個一級灌區(qū)，分別是阿魏灘灌區(qū)、獨山子灌區(qū)、青年干渠灌區(qū)和大、小海子水庫灌區(qū)[1]。

本次改建渠道為青年干渠樁號10+976～13+500，共計2.524 km，此段渠道全斷面均為干砌卵石灌漿防滲，因渠道縱坡較大，襯砌中多處存在被淘蝕現(xiàn)象，經(jīng)過多年運行，由于凍融、破損等原因，導(dǎo)致渠道高低不平，直接影響到下游灌溉。

2 呼圖壁河青年干渠工程設(shè)計

2.1 工程設(shè)計規(guī)模

2.1.1 設(shè)計水平年和設(shè)計保證率

本工程的現(xiàn)狀水平年為2014年，而設(shè)計水平年為2017年，其中灌溉設(shè)計保證率為75%。

2.1.2 復(fù)核干渠引水規(guī)模

青年干渠10+976～13+500段渠道為青年干渠的首段，現(xiàn)狀可控制灌溉面積為63 266.7 hm2，設(shè)計水平年總灌溉面積為65 686.7 hm2。呼圖壁縣水利部門統(tǒng)計資料表明，該灌區(qū)干、支、斗、農(nóng)四個等級渠道的現(xiàn)狀年利用率分別為0.88、0.89、0.94、0.96，渠系水利用系數(shù)為0.74。灌區(qū)渠系水利用系數(shù)見表1。

表1 青年渠首灌區(qū)渠系水利用系數(shù)

青年干渠設(shè)計引水流量采用續(xù)灌渠道計算公式(1)確定：

Q=Aa/η

(1)

式中：Q為灌溉設(shè)計引水流量，m3/s；A為設(shè)計灌溉面積，hm2；a為設(shè)計灌水率；η為灌溉水利用系數(shù)。

已知該灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)為0.59，設(shè)計灌水率為0.273，則可利用公式計算出青年干渠設(shè)計引水流量Q為45.0 m3/s，加大后值為50.0 m3/s。根據(jù)渠道防滲工程相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，此段渠道工程屬大型規(guī)模，屬于Ⅲ等工程。

2.2 渠道設(shè)計方案

改建青年干渠渠道二閘以下2.524 km，樁號10+976～13+500。

2.2.1 渠線選擇

青年干渠經(jīng)過多年運行，雖然防滲材料嚴(yán)重破損，但現(xiàn)有渠線基礎(chǔ)處于穩(wěn)定狀態(tài)。本次工程改造方案經(jīng)過現(xiàn)場踏勘和討論，考慮青年干渠當(dāng)前運行狀況，干渠改造渠線仍沿原渠線進行，只針對渠道防滲材料進行改造。

2.2.2 渠道縱斷面設(shè)計

結(jié)合青年干渠實際縱坡擬定適宜的襯砌方式，對本次改造青年干渠縱坡進行部分調(diào)整，同時達到渠道襯砌材料不沖不淤的要求。樁號10+976～13+500段渠道設(shè)計縱坡為0.012～0.013。

2.2.3 渠道橫斷面設(shè)計

(1)橫斷面型式。根據(jù)渠道沿線工程地質(zhì)情況，渠道沿線均坐落在河床二級階地上，渠堤及渠底下均為砂卵石層，渠道的內(nèi)外邊坡均為砂卵石土襯砌。為了減少舊渠道的拆除方量，內(nèi)外邊坡系數(shù)確定與原渠道相同，均為1∶1.5。

原干渠橫斷面為干砌卵石襯砌，梯形斷面，由于渠道沿線可利用卵石材料較少，為縮短施工工期，同時降低渠道造價，本次設(shè)計橫斷面仍采用梯形斷面。

(2)渠道橫斷面襯砌材料方案選擇。結(jié)合渠道縱坡和地質(zhì)情況，以及對相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，對渠道過水?dāng)嗝嫣岢鲆韵乱螅孩儆捎谇揽v坡較大，上游可能進入渠道的泥沙、卵石較多，因此要求渠道過水?dāng)嗝婺軌蚩箾_、耐磨、抗砸及減緩水流流速。為了減小流速，增大糙率，故宜采用漿砌石或坐漿干砌卵石灌漿襯砌，且應(yīng)為寬淺式斷面。②由于老渠床為干砌卵石襯砌，運行多年老化損壞嚴(yán)重，為了減少渠道挖填方量，本次設(shè)計要求在不影響設(shè)計渠底線的情況下全部拆除原渠道襯砌，維持原渠道縱坡及渠底寬度不變，只全面更新渠道襯砌，局部加高渠堤，利用老渠床作為新渠道的基礎(chǔ)，使渠道更加穩(wěn)定。③由于呼圖壁河灌區(qū)近幾年改造工程較多，卵石資源越來越匱乏，為確保施工工期，本次渠道改造所用底板的灌漿方式為坐漿干砌卵石，邊坡使用混凝土板護砌。

(3)渠道橫斷面設(shè)計。設(shè)計流量30 m3/s，加大流量33 m3/s。渠底寬度7.0 m，設(shè)計縱坡0.013，設(shè)計內(nèi)邊坡1.0∶1.5，加大水深0.6～1.0 m，渠深2.0 m，渠道橫斷面詳細水力計算要素如表2所示。

表2 呼圖壁河青年干渠改造段渠道水力計算要素

渠底以上邊坡30 cm高度采用25 cm厚的C20F200W6細石混凝土漿砌石，其余邊坡采用C20F200W6混凝土板襯砌，襯砌厚度12 cm，混凝土板底部設(shè)20 cm厚砂礫石墊層。渠道頂部采用澆混凝土封頂板，頂板寬度30 cm，厚度6 cm，每間隔2.5 m處設(shè)置一條伸縮縫，縫寬為2 cm，用水泥砂漿填縫。

卵石要求質(zhì)地堅硬，未風(fēng)化。干砌卵石要求采用鵝卵形，應(yīng)保證大頭朝下的擺放原則，并采用細石混凝土原漿灌縫[2]。

2.2.4 渠道襯砌分縫設(shè)計

為防止渠道在運行過程中沉降變形，渠道襯砌部分需設(shè)置分縫材料[3]。渠道用干砌卵石灌漿，每間隔10.0 m設(shè)置一條伸縮縫，其寬度為 2 cm，并使用高壓閉孔板為其內(nèi)部分縫。

3 施工技術(shù)

3.1 土方開挖

因本段渠道只更新襯砌，故渠道所需挖填方均較小。渠道按設(shè)計線開挖，挖出的土堆放于渠道兩側(cè)，以備填方使用。

土方開挖需按項目工程技術(shù)部繪制的開挖圖進行現(xiàn)場測量放線。在開挖過程中，施工單位需提前熟知相關(guān)施工測量規(guī)范的規(guī)定，再開展施工測量工作，并應(yīng)按照設(shè)計圖紙進行施工，同時完成記錄及資料編輯等工作[4]。

工程開挖前，施工單位必須出具施工計劃及相關(guān)技術(shù)措施，并由當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)部門同意。針對已開挖的邊坡，需要進行全方面地檢查，并待驗收合格后才能對其相鄰部位開挖[5]。渠槽開挖后應(yīng)預(yù)留30 cm厚土層，待施工時人工予以清除，嚴(yán)禁超挖，超挖部分最好用戈壁料碾壓填實。

工程出渣運輸應(yīng)依據(jù)具體設(shè)計要求進行，主要包括以下幾點：

(1)場地應(yīng)具備足夠的容量，施工流程應(yīng)盡量避免變動。除經(jīng)論證合理后的調(diào)整，及對棄渣有需要者外，應(yīng)避免開展二次挖運工作。

(2)不占或少占耕地。

(3)不得占用其他工程場地或防礙其他工程施工。

(4)不得堵塞河道。

(5)出渣運輸及堆渣不得造成環(huán)境污染。

3.2 土方及墊層回填

3.2.1 土方回填

本工程土方回填主要分布在渠堤填筑、建筑物開挖工作面回填等項目中。

(1)渠堤填筑要求土料壓實度≥0.95，干密度為1.68 g/cm3，適宜含水率為15.1%，填筑土塊粒徑≤5 cm，有機物含量<5%。施工時需分層碾壓夯實，分層厚度取30 cm。

(2)對于填方比較大的渠段，碾壓施工機械采用大中型壓路機。

(3)對于填方段渠道，宜好分段筑壩浸泡，等待沉陷后再進行下道工序。

3.2.2 防凍墊層回填

本工程中回填材料為天然級配的戈壁料，使用該料回填有以下幾點要求：回填時應(yīng)分層碾壓，分層厚度應(yīng)根據(jù)機械、土料參數(shù)、碾壓遍數(shù)、含水量等指標(biāo)通過試驗確定，通常選用分層厚度約為20 cm。應(yīng)注意在填筑時，切勿出現(xiàn)粗料集中架空的現(xiàn)象[6]。設(shè)計指標(biāo)需經(jīng)現(xiàn)場碾壓試驗確定相關(guān)參數(shù)。砂礫料碾壓后清除表面尖銳石塊，以避免襯砌有效厚度的減少[7]。如砂礫料含水量不足，可灑水浸泡，灑水應(yīng)在料堆上進行。砂礫料填筑時不得有明顯顆粒分離現(xiàn)象。

3.3 混凝土澆筑

本工程混凝土主要用于渠道襯砌的澆筑?；炷涟韬瞎に噾?yīng)按相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求操作，可利用移動式拌和機進行。混凝土骨料一般通過自卸汽車運輸至拌和機中，再將拌和好的成品混凝土運送到施工用料地點。在進行混凝土澆筑時，混凝土坍落度必須經(jīng)過試驗后方可確定[8]。此外，與嵌縫填料接觸的混凝土應(yīng)保證其表面平整、潔凈和干燥，并嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進行操作，以保證施工安全。

3.4 漿砌石施工

舊渠道拆除干砌卵石后挑選出尺寸及強度符合要求的卵石，并除漿洗凈堆放在渠邊空地上以備利用，其余則立即運走。按設(shè)計渠道斷面及渠底高程填筑渠堤，人工修整邊坡，土方完成經(jīng)檢測合格，即可按干砌卵石或漿砌石襯砌工序施工。

3.4.1 砂、石料制備

漿砌石所用的砂料經(jīng)過篩分，用水沖洗，使其含泥量<3%，并保證砂料的級配、細度模數(shù)符合相關(guān)規(guī)范要求，再用機動車輛運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場堆放備用。

3.4.2 配合比設(shè)計

根據(jù)設(shè)計文件要求，對于配合比的設(shè)計，須委托專業(yè)公司進行，最終選擇合理的配合比。

3.4.3 砂漿的拌和與運輸

砂漿配料按重量比法稱量，需保證骨料偏差不超過3%，水泥及水偏差不超過2%，且在具體施工中按事先提供的配合比完成工藝，不得隨意更改參數(shù)，砂料拌和采用砂漿拌和機拌和(2臺)，小型機動車運輸。

3.4.4 漿砌石砌筑與養(yǎng)護

(1)在漿砌石砌筑之前，應(yīng)先將接觸面用水灑濕，再采用坐漿法進行砌筑，若建基面是巖石，則需用水沖洗基面，清除上面的雜物，以便更好地完成后續(xù)鋪砂漿和砌石的工序。

(2)在已砌筑好的漿砌石面上，嚴(yán)禁堆放雜物和施工用具，漿砌石抗壓強度達到2.5 MPa前，禁止擾動，如有通車要求時，漿砌石面應(yīng)達到相應(yīng)強度，且做好防護措施。

(3)漿砌石養(yǎng)護應(yīng)在砌筑完成后12 h內(nèi)進行，一般養(yǎng)護時間為14 d。

4 結(jié) 語

渠道是灌區(qū)建設(shè)中的重要組成部分，雖然整體結(jié)構(gòu)相對簡單，但因其距離長并影響到整個灌溉系統(tǒng)的正常運行，在準(zhǔn)備設(shè)計和施工時，需特別注意工程建設(shè)的合理性。呼圖壁河青年干渠經(jīng)過改造后，渠道流量及質(zhì)量均達到設(shè)計與施工要求，為灌區(qū)的正常運行奠定了基礎(chǔ)，保障了當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟枨蠛徒?jīng)濟收入，對發(fā)揮灌區(qū)經(jīng)濟和社會效益起到重要作用。