灌區(qū)渠道防滲改建工程設(shè)計方案比選

何 毅

(阿克蘇塔河源勘測設(shè)計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000)

1 工程概況

新疆五團灌區(qū)是兵團第一師的獨立中型灌區(qū)之一，位于天山支脈哈里克套山南麓，阿克蘇市以東56 km，阿拉爾市以北104 km，南疆鐵路、國道G314烏喀公路由東至西橫貫灌區(qū)。其地理位置東至玉爾滾山腳下，西鄰扎木臺鄉(xiāng)，南至沙依科夫，北到鹽山口，東西寬17 km，南北長44 km，占地750 km2，地理坐標東經(jīng)80°47′15″～80°52′30″，北緯41°12′30″～42°00′00″，規(guī)劃總面積4.88萬hm2。

2 新總干渠設(shè)計方案比選

五團灌區(qū)骨干工程防滲改建的渠道是灌區(qū)剩余未進行防滲的土渠和部分損壞嚴重的防滲渠，分布于灌區(qū)內(nèi)外，且較為分散。五團新總干渠位于灌區(qū)北面，主要任務(wù)是從五團龍口引水輸送至灌區(qū)下級渠系，滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉及生產(chǎn)需求，是五團灌區(qū)的主動脈。其余干、支、分支渠位于灌區(qū)內(nèi)部，是灌區(qū)的主要灌溉渠道。

五團灌區(qū)新總干渠于2000年修建，因受當時條件限制，設(shè)計標準較低，建成交付投運起，渠道渠水內(nèi)含推移質(zhì)較多并且渠道流速大，存在石塊的撞擊、磨損損壞等情況，造成渠道部分渠段損壞。根據(jù)現(xiàn)狀運行管理情況，渠道實際運行流量達不到設(shè)計流量，制約著五團農(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展。

2.1 縱斷面設(shè)計

新總干渠位于山前沖洪積扇，地勢較陡，渠道縱坡較陡，縱斷面設(shè)計面臨最大問題是控制渠道流速，減少對渠道的沖刷。設(shè)計不僅要考慮流速滿足規(guī)范要求，而且避免土方大量開挖和回填，同時滿足渠道保留建筑物高程及上下游水位的銜接問題，以及現(xiàn)狀渠道4+000～11+500出現(xiàn)損壞的問題，綜合比較分析，進行縱坡設(shè)計。如何控制渠道流速是渠道縱、橫斷面結(jié)構(gòu)型式選擇的關(guān)鍵，初步設(shè)計階段提出如下三個方案進行比較[1-6]。

(1)方案一：縱坡與原渠道設(shè)計縱坡保持一致。干砌卵石座漿灌漿+現(xiàn)澆混凝土斷面形式在渠水中含推移質(zhì)顆粒較多的渠道上使用較多，從目前五團、四團已使用的渠道運行情況來看，該方案渠道抗磨、抗沖刷能力較強，運行效果較好，比較成功。因此，五團新總干渠從工程實用、運行安全、管理方便、水流流態(tài)、工程占地等方面綜合考慮，縱斷面與現(xiàn)狀渠道設(shè)計縱坡保持一致，通過優(yōu)化橫斷面型式，提高設(shè)計標準，以滿足渠道安全運行的需要。

(2)方案二：增設(shè)陡坡方案(干砌卵石座漿灌漿+現(xiàn)澆混凝土斷面)。將0+000～11+500段縱坡由1/57～1/75減緩至1/100，調(diào)坡盡量控制土方工程量，避免大挖大填，原則控制設(shè)計堤頂不得高于實測現(xiàn)狀地面3 m，且設(shè)計渠底不低于實測現(xiàn)狀地面3 m，全段增設(shè)陡坡進行調(diào)坡，優(yōu)化橫斷面形式。此方案同樣采用干砌卵石座漿灌漿斷面形式，糙率取實測n=0.0275，按此方案需每隔600 m 增設(shè)一處陡坡，增加底寬，降低設(shè)計水深，減小流速至2.65～2.96 m/s之間。

(3)方案三：增設(shè)陡坡方案(全斷面現(xiàn)澆混凝土)。此方案全斷面采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌，因混凝土板的糙率n=0.015，糙率較小，要控制渠道流速，只有通過調(diào)緩渠道縱坡，才能達到減小渠道流速的目的，新總干渠0+000～11+500段縱坡由1/75～1/57減緩至1/200，調(diào)坡方案基本同方案二一致，按此方案需每隔350 m增設(shè)一處陡坡，優(yōu)化橫斷面形式。設(shè)計流速在3.46～4.13 m/s之間。

(4)方案比較。根據(jù)上述三個方案的優(yōu)缺點進行綜合分析，方案二和方案三增設(shè)陡坡較多，運行過程中容易造成渠道水流形態(tài)紊亂，后期運行上存在安全隱患，且土方工程量較大，結(jié)合新總干渠的現(xiàn)狀運行情況，從投資、施工難易程度、新增占地等各方面綜合分析，方案一均具有明顯的優(yōu)勢。所以本階段，推薦方案一為新總干渠防滲改建縱斷面設(shè)計方案。

2.2 橫斷面設(shè)計

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，以新總干渠存在的實際問題及現(xiàn)狀為切入點，擬定如下三個方案。

(1)方案一：拆除原渠道重建。將原渠道干砌卵石座漿灌漿+混凝土板全部拆除，將渠道設(shè)計底寬由3.5 m加寬至6.0 m、降低設(shè)計水深，達到降低渠道設(shè)計流速的目的。渠底、設(shè)計水位以下邊坡、渠底均采用干砌卵石座漿灌漿護砌，厚度為35 cm，卵石頂高于縫面3～5 cm,卵石下設(shè)5 cm 砂漿墊層，設(shè)計水位以上邊坡采用C30現(xiàn)澆混凝土板護砌，板厚10 cm；砂漿墊層及現(xiàn)澆混凝土板下采用塑膜(膜厚0.5 mm)，膜下設(shè)5 cm粗砂找平層，渠道設(shè)計內(nèi)、外邊坡均為1∶1.50，綜合考慮運行管理、日常維護需要，將左堤作為管理道路,寬度5 m并鋪設(shè)砂礫石,右堤寬度3 m，橫斷面采用寬淺式梯形斷面。

(2)方案二：保留原渠道，對渠底、弧形坡腳灌漿加固。保留原渠道斷面，在原斷面上進行加固。對原斷面進行清洗，在渠底和弧形坡腳上鋪設(shè)干砌卵石座漿灌漿，厚度為35 cm，坡腳至坡頂采用C30混凝土，坡腳混凝土厚度35 cm、坡頂混凝土厚度22 cm，渠道設(shè)計內(nèi)坡由現(xiàn)狀1∶1.50調(diào)整為1∶1.75，外坡1∶1.50。綜合考慮運行管理、日常維護需要，將左堤作為管理道路,寬度5 m,并鋪設(shè)砂礫石,右堤寬度3 m，橫斷面采用弧形坡腳、梯形斷面。

(3)方案三：保留原渠道，對渠底、弧形坡腳加固。保留原渠道斷面，在原斷面上進行加固。對原斷面進行清洗，渠底、弧形坡腳、邊坡現(xiàn)澆C30混凝土板襯砌，渠底、坡腳混凝土厚度25 cm，坡頂混凝土厚度10 cm。渠道設(shè)計內(nèi)坡由現(xiàn)狀1∶1.50調(diào)整為1∶1.75，外坡1∶1.50。綜合考慮運行管理、日常維護需要，將左堤作為管理道路,寬度5 m,并鋪設(shè)砂礫石,右堤寬度3 m，橫斷面采用弧形坡腳、梯形斷面。

(4)方案比較。根據(jù)上述三個方案的優(yōu)缺點綜合分析，方案一渠底、邊坡(設(shè)計水位以下)采用干砌卵石座漿灌漿結(jié)構(gòu)型式，此方案卵石所需量較大，卵石采集難度大、砌石工作量大，并且砌石施工要求較高，一定程度上增加了施工難度。方案三工程造價高，部分渠段縱坡較陡，設(shè)計流速3.69～5.50 m/s之間，流速超過規(guī)范要求3.00～5.00 m/s之間。上述三個方案從施工工期、質(zhì)量保證、防沖耐磨等方面綜合分析方案二均具有明顯的優(yōu)勢，確定方案二為新總干渠防滲改建橫斷面設(shè)計的推薦方案。

2.3 新舊混凝土間隙處理方案比選

新總干渠橫斷面推薦方案是在原渠道渠底、弧形坡腳采用干砌卵石座漿灌漿加固、邊坡采用現(xiàn)澆混凝土板加固，但是原預(yù)制混凝土邊坡板與設(shè)計現(xiàn)澆混凝土板之間的距離僅為24 cm，需進行處理，本次擬定兩個方案進行比較：①原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除。②原渠道預(yù)制混凝土邊坡保留。

方案一：原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除，并且在原干砌卵石座漿灌漿邊坡頂橫向挖進1.5 m，然后人工回填砂礫石，經(jīng)過碾壓、處理后，再修建設(shè)計現(xiàn)澆混凝土邊坡。方案二：原渠道預(yù)制混凝土邊坡保留，將設(shè)計現(xiàn)澆混凝土邊坡板加厚，填充新、舊混凝土邊坡板24 cm的間隙。

根據(jù)上述兩個方案的優(yōu)缺點綜合分析，方案二原渠道預(yù)制混凝土邊坡保留，將設(shè)計現(xiàn)澆混凝土邊坡板加厚，填充新、舊混凝土邊坡板24 cm的間隙，導(dǎo)致此處設(shè)計混凝土板厚度增加至47 cm，且這部分渠道在設(shè)計水位以上，設(shè)計水位時不過流，只做為安全超高部分，所以此方案造成C30混凝土的浪費，且形狀不規(guī)則，增加了施工的難度，質(zhì)量不易控制，方案一將原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除，回填砂礫石，相對方案二造價低，且施工難度小，具有明顯的優(yōu)勢。綜合分析考慮，確定方案一為新總干渠新、舊混凝土間隙處理方法。

3 結(jié) 論

(1)通過后期運行狀況、經(jīng)濟合理性、施工可操作性綜合考慮，新渠道縱坡與原渠道一致的方案由于渠道抗磨、抗沖刷能力較強，運行效果較好，推薦為縱斷面設(shè)計方案。

(2)根據(jù)工程技術(shù)可行性、施工難易性、經(jīng)濟合理性考慮，推薦“保留原渠道，對渠底、弧形坡腳灌漿加固”的橫斷面設(shè)計方案。

(3)由于原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除具有造價較低、施工難度小的優(yōu)點，推薦為新舊混凝土間隙處理方案。

(4)新總干渠防滲工程改建，提高了渠道輸水能力與安全性，改善灌區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施，對五團灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展有積極的現(xiàn)實意義。