淺談交口抽渭灌區(qū)西干渠襯砌改造工程設(shè)計(jì)

劉 琦

（陜西省交口抽渭灌溉管理局，陜西 渭南 714000）

淺談交口抽渭灌區(qū)西干渠襯砌改造工程設(shè)計(jì)

劉 琦

（陜西省交口抽渭灌溉管理局，陜西 渭南 714000）

西干渠興王站前深挖方渠段，由于區(qū)域地勢較低，地下水位埋深較淺，當(dāng)遇強(qiáng)降雨渠岸地下水位急劇上升時，邊坡襯砌板在地下水揚(yáng)壓力作用下易發(fā)生滑塌，雖經(jīng)多次修復(fù)但存在問題，嚴(yán)重威脅西干渠正常運(yùn)行，急需改造。結(jié)合工程實(shí)際，對于該段渠道橫斷面設(shè)計(jì)提出矩形過水?dāng)嗝驿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)、弧腳梯形斷面漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)、“U”型過水?dāng)嗝鏉{砌石擋土墻結(jié)構(gòu)三個方案進(jìn)行比選。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，認(rèn)為矩形過水?dāng)嗝驿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)不僅整體性強(qiáng)、承載力高，抵抗外力條件好，且防滲效果佳，淤積量少，管理維護(hù)費(fèi)用低，雖然工程投資偏高，但使用壽命長，從長遠(yuǎn)分析，更為經(jīng)濟(jì)。

灌區(qū)節(jié)水改造；干渠站前深挖方段；橫斷面設(shè)計(jì)

1 工程概況

西干渠位于交口抽渭灌區(qū)西部，在總干渠4+191處設(shè)閘引水，南北走向，全長12.26 km，渠首設(shè)計(jì)流量3.77 m3/s，承擔(dān)著西安市臨潼區(qū)、閻良區(qū)及渭南市臨渭區(qū)的相橋、田市、關(guān)山、康橋等四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)11.6萬畝農(nóng)田的灌溉輸水任務(wù)，是灌區(qū)抗旱保豐收、建立“兩高一優(yōu)”農(nóng)業(yè)的重要工程設(shè)施，于2000年利用世行貸款資金進(jìn)行了節(jié)水改造。西干渠0+725～1+965段為興王站前深挖方渠段，由于區(qū)域地勢較低，地下水位埋深較淺，受2011年秋季持續(xù)強(qiáng)降雨影響，該地區(qū)地下水位急劇上升，出現(xiàn)大面積明水，使渠堤長時間浸泡在水中，由于凍脹及地下水頂托作用，導(dǎo)致該渠段渠堤內(nèi)坡多處滑塌，襯砌板拱起滑落，再加之2012～2015年夏灌的長歷時、大流量、高強(qiáng)度運(yùn)行，渠道損毀情況進(jìn)一步加劇，已無法正常運(yùn)行，迫切需要進(jìn)行改造。因此，將西干渠0+725～1+965段1.24 km渠道襯砌改造列入交口抽渭灌區(qū)2016年續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容。本文就該工程橫斷面設(shè)計(jì)方面進(jìn)行分析探討。

2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)方案比選

西干渠0+725～1+965為興王站前深挖方渠段，設(shè)計(jì)流量3.77 m3/s。據(jù)灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站地下水動態(tài)觀測資料，近幾年年內(nèi)除秋季外地下水埋深基本穩(wěn)定在3.5 m左右，但8、9月份多雨季節(jié)地下水位會有較快上升。多年運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)渠岸地下水位急劇上升時，該渠段邊坡襯砌板在地下水揚(yáng)壓力作用下易發(fā)生滑塌，雖經(jīng)多次修復(fù)但解決不了根本問題，嚴(yán)重威脅西干渠正常運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場踏勘、調(diào)研分析，影響該段渠道邊坡穩(wěn)定的主要因素有：

（1）西干泵站機(jī)組搭配不甚匹配，給水量調(diào)度帶來不便，小流量時泵站常需雍水運(yùn)行。

（2）高水位運(yùn)行，有時水位超襯砌板，致使內(nèi)坡土體含水量增大，土體飽和，浸潤線上長，降低了邊坡自身穩(wěn)定性。

（3）高地下水給深挖方渠段邊坡穩(wěn)定帶來不利影響。當(dāng)?shù)叵滤簧仙^快時，會造成土體的軟化，在飽和狀態(tài)下其抗剪強(qiáng)度Cb、φb值降低，同時襯砌板在地下水揚(yáng)壓力作用下極易發(fā)生滑塌。

（4）勘察區(qū)②層土體為黃土狀土，③層土體為粉土，土體本身穩(wěn)定性差。

結(jié)合工程實(shí)際，對于該段渠道橫斷面設(shè)計(jì)提出了以下三個方案進(jìn)行比選。

方案一：矩形過水?dāng)嗝?、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 矩形過水?dāng)嗝?、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

該方案過水?dāng)嗝鏋榫匦危捎肅25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。矩形斷面凈尺寸B×H=2.3 m×2.4 m，下部設(shè)置200 mm×200 mm倒角；側(cè)墻背水面為折線型，距墻頂0.3 m范圍內(nèi)墻厚為0.3 m，距墻頂0.3 m～2.4 m范圍內(nèi)墻厚為0.3 m～0.5 m；底板厚0.4 m，下設(shè)100 mm厚C15素混凝土墊層、400 mm厚碎石墊層。

方案二：弧腳梯形斷面、漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)，見圖2。

圖2 弧腳梯形斷面、漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)

該方案過水?dāng)嗝鏋榛∧_梯形，底寬0.9 m，弧腳半徑1.3 m，圓心角38.66°，內(nèi)坡比1∶1.25，渠深2.3 m。渠道采用漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)，梯形邊坡厚度300 mm～600 mm，弧腳底板厚度600 mm，下設(shè)400 mm厚碎石墊層。漿砌石采用M7.5水泥砂漿砌筑，M10水泥砂漿勾縫。

方案三：“U”型過水?dāng)嗝?、漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3“U”型過水?dāng)嗝?、漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)

該方案橫斷面為“U”型，半徑 2.5 m，圓心角 120°，渠深2.3 m，采用漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)。擋墻頂寬0.3 m，底寬6.14 m，高2.7 m，下設(shè)400 mm厚碎石墊層。墻體采用M7.5水泥砂漿砌筑，M10水泥砂漿勾縫。

對三種方案進(jìn)行比較，其結(jié)果見表1。

表1 西干渠0+725～1+965段段橫斷面設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比表

方案一采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不僅整體性強(qiáng)、承載力高，抵抗外力條件好，且防滲效果佳，淤積量少，管理維護(hù)費(fèi)用低。雖然工程投資偏高，但使用壽命長，經(jīng)分析計(jì)算，若經(jīng)濟(jì)計(jì)算期取50年，方案一總費(fèi)用（工程投資+維護(hù)管理費(fèi)用）為678.01萬元，方案二總費(fèi)用（工程首次投資+維護(hù)管理費(fèi)用+工程二次投資）為829.81萬元，方案三總費(fèi)用（工程首次投資+維護(hù)管理費(fèi)用+工程二次投資）為913.92萬元，因此從長遠(yuǎn)分析，方案一更為經(jīng)濟(jì)。

方案二、方案三為漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，漿砌石勾縫多，結(jié)構(gòu)整體性相對較差；施工過程以人力為主,施工質(zhì)量不易保證；易破損，使用壽命相對較短，僅為混凝土結(jié)構(gòu)的一半。交口抽渭灌區(qū)北干渠北倪站、東干渠蒲陽站、南王站等站前為深挖方渠段且地下水位較高，采用漿砌石襯砌，2011年持續(xù)強(qiáng)降雨，灌區(qū)地下水位急劇上升，出現(xiàn)大面積明水，站前渠道均水毀嚴(yán)重，內(nèi)坡土方垮塌，砌石邊坡破損滑落，渠道淤積極為嚴(yán)重，直接導(dǎo)致泵站無法正常開機(jī)引水。所以，在初設(shè)階段，經(jīng)多方研究反復(fù)論證，本次西干渠0+725～1+965段改造橫斷面設(shè)計(jì)不選用方案二、方案三。

綜上所述，方案一明顯優(yōu)于其他方案，故方案一為推薦方案。

3 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

西干渠0+725～1+965段過水?dāng)嗝娓脑鞛榫匦危捎肅25、F50、W6現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。矩形斷面凈尺寸：B×H=2.3 m×2.4 m，下部設(shè)置200 mm×200 mm倒角。側(cè)墻背水面為折線型，距墻頂0.3 m范圍內(nèi)墻厚為0.3 m，距墻頂0.3 m～2.4 m范圍內(nèi)墻厚為0.3 m～0.5 m。底板厚0.4 m，下設(shè)100 mm厚C15素混凝土墊層及400 mm厚碎石墊層。側(cè)墻沿縱向每3 m設(shè)兩處φ80PVC排水管，排水管兩端采用無紡布土工織物包扎，并在下部鋪設(shè)反濾層。渠道每9 m設(shè)一道橫向伸縮縫，伸縮縫下部用BW型遇水膨脹止水條填充，上部用M10.0水泥砂漿封口。

渠深的擬定：西干渠0+725～1+965原設(shè)計(jì)渠深、襯砌深為2.3 m。由于西干泵站機(jī)組搭配不甚匹配，水量調(diào)度不便，泵站常需雍水運(yùn)行，站前渠道水位較高。高水位運(yùn)行，有時水位超襯砌板，致使內(nèi)坡土體含水量增大，土體飽和，浸潤線上長，降低了邊坡自身穩(wěn)定性。因此，本次設(shè)計(jì)考慮該段渠道起到一定的調(diào)蓄作用，結(jié)合灌溉運(yùn)行實(shí)際，經(jīng)分析計(jì)算，西干渠0+725～1+965段渠深、襯砌深擬定為2.4 m。

根據(jù)設(shè)計(jì)、加大、最小流量及比降按下式進(jìn)行渠道水力計(jì)算：

式中：A 為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；R 為水力半徑，m；R=A/X，X 為濕周，m；i為渠道比降。

經(jīng)過水力計(jì)算，該渠段的水力要素見表2。

表2 渠道改造段改造后水力要素

4 結(jié)語

交口抽渭灌區(qū)2016年續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目西干渠襯砌改造工程的實(shí)施，解決了西干渠興王站前深挖方渠段在地下水位急劇上升時渠堤內(nèi)坡滑塌的問題，保障了西干渠的安全運(yùn)行，為灌區(qū)發(fā)展“兩高一優(yōu)”農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化創(chuàng)造了條件。

TV672

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1673-9000（2017）05-0128-02

2017-04-13

劉琦(1979-),男,陜西三原人,工程師,主要從事水利工程施工管理工作。