興國縣長岡灌區(qū)渠系建筑物設(shè)計(jì)分析

鄧文琴

(江西省水投工程咨詢集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000)

1 工程概況

長岡灌區(qū)始建于20世紀(jì)60年代末，位于江西省贛州市興國縣，是一座以長岡大(2)型水庫為水源的中型蓄引灌溉工程。灌區(qū)設(shè)計(jì)總灌溉面積3400.0 hm2。從20世紀(jì)70年代至今，經(jīng)過長期的建設(shè)配套與維修改造，長岡灌區(qū)已基本形成了以自流灌溉為主的渠系工程格局。但由于多方面的原因，灌區(qū)灌溉面積和效益逐年衰減，現(xiàn)實(shí)際灌溉面積僅為2056.0 hm2，其中煙田面積466.7 hm2。

灌區(qū)設(shè)有總干渠、左干渠、右干渠三條干渠，干渠沿線設(shè)有大小支渠96條，干渠沿線隧洞、渡槽、排砂槽、排洪陰涵、涵洞、泄洪閘、公路橋等各類渠系建筑物279座。三條干渠共設(shè)96個(gè)支渠分水口。

長岡灌區(qū)總干渠起于長岡水庫電站尾水處，止于石門村長岡灌區(qū)管理站?？偢汕F(xiàn)狀總長4.005 km，設(shè)計(jì)總灌溉面積3400.0 hm2，設(shè)計(jì)引用流量4.158 m3/s。

總干渠在石門村長岡灌區(qū)管理站，分為左、右兩條干渠，其中左干渠經(jīng)長岡鄉(xiāng)、江背鎮(zhèn)、瀲江鎮(zhèn)、園藝場、埠頭鄉(xiāng)，共兩鄉(xiāng)兩鎮(zhèn)一場，終止于埠頭鄉(xiāng)旺口村的壬午山附近。左干渠現(xiàn)狀總長21.269 km，設(shè)計(jì)總灌溉面積1624.0 hm2，設(shè)計(jì)引用流量1.989 m3/s。 右干渠全線均在長岡鄉(xiāng)范圍內(nèi)穿越，橫貫長岡鄉(xiāng)的東西向，是長岡鄉(xiāng)的水利大動(dòng)脈。干渠在長岡鄉(xiāng)高塅村附近與濊水匯合。右干渠現(xiàn)狀總長27.912 km，設(shè)計(jì)總灌溉面積1662.0 hm2，設(shè)計(jì)引用流量2.030 m3/s。

2 灌區(qū)存在的主要問題

(1)渠道淤積嚴(yán)重，渠道從崗地山坡上通過，大部分渠段植被差，全強(qiáng)風(fēng)化基巖裸露，巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，泥質(zhì)粉細(xì)砂巖段風(fēng)化劇烈，在雨水沖刷作用下水土流失較嚴(yán)重，導(dǎo)致渠道易淤積。(2)深挖方巖質(zhì)渠道段兩側(cè)植被差，以及開挖邊坡高陡導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性差，局部渠段存在易滑塌體，極易形成塌方，阻塞渠道，土質(zhì)渠道段局部邊坡陡處也存在邊坡穩(wěn)定問題。(3)干渠土質(zhì)渠道組成渠身的地層巖性為第四系殘坡積粉質(zhì)壤土、粉土質(zhì)礫及第四系沖積粉質(zhì)壤土、砂壤土等，部分渠段為開挖渠道時(shí)的棄渣新堆積，渠道均存在滲漏現(xiàn)象，局部滲漏較嚴(yán)重。(4)分水口無閘控制，無法對(duì)灌溉水量進(jìn)行節(jié)制，造成灌溉用水不均勻，靠近水源點(diǎn)的耕地用水過多，嚴(yán)重浪費(fèi)灌溉水量，而灌區(qū)尾部水量則嚴(yán)重不足，甚至?xí)a(chǎn)生得不到水量補(bǔ)給的現(xiàn)象。(5)渠道底坡糙率大，縱坡緩，局部出現(xiàn)倒坡，極不合理。(6)渠系建筑物破損、老化、淤堵，局部斷面影響渠道過流能力。 目前灌溉水利用系數(shù)僅為0.45，致使灌區(qū)灌溉面積由3400.0 hm2萎縮到現(xiàn)在的2056.0 hm2，僅為設(shè)計(jì)灌溉面積的60%，灌溉工程不能充分發(fā)揮效益，已嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展[1-4]。

3 工程總體布置

3.1 渠道工程

(1)對(duì)總干渠樁號(hào)K總0+000～K總4+005現(xiàn)狀已襯護(hù)質(zhì)量較差明渠段，拆除原襯護(hù)體，重新做防滲襯護(hù)，總長3.921 km。

(2)對(duì)左干渠樁號(hào)K左10+318～K左16+785現(xiàn)狀已襯護(hù)質(zhì)量較差明渠段，拆除原襯護(hù)體，重新做防滲襯護(hù)，總長5.667 km；對(duì)左干渠樁號(hào)K左19+035～K左21+269段現(xiàn)狀未襯護(hù)土質(zhì)渠道或巖質(zhì)渠道，進(jìn)行防滲襯護(hù)，總長1.828 km。

(3) 對(duì)右干渠樁號(hào)K右0+000～K右4+754、樁號(hào)K右5+096～K右5+292、K右5+444～K右5+673、樁號(hào)K右5+877～K右7+025、樁號(hào)K右7+059～K右7+337、樁號(hào)K右8+507～K右8+630、樁號(hào)K右9+320～K右10+508現(xiàn)狀已襯護(hù)質(zhì)量較差明渠段，拆除原襯護(hù)體，重新做防滲襯護(hù)，總長7.201 km；對(duì)右干渠樁號(hào)K右19+308～K右27+912段現(xiàn)狀未襯護(hù)土質(zhì)渠道或巖質(zhì)渠道，進(jìn)行防滲襯護(hù)，總長7.333 km。

3.2 渠系建筑物工程

配套加固維修完善總干及左、右干渠沿線渠系建筑物，主要內(nèi)容如下:對(duì)灌區(qū)64個(gè)支渠分水口拆除重建；對(duì)47座隧洞(總長3.315 km)進(jìn)行混凝土防滲襯砌；續(xù)建社富支渠隧洞20座(0.961 km)、渡槽16座。

4 渠道加固設(shè)計(jì)

4.1 渠道加固整治設(shè)計(jì)方案

4.1.1 總干渠加固整治設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)擬對(duì)總干渠明渠已襯護(hù)但施工質(zhì)量較差段進(jìn)行拆除，重新做防滲襯護(hù)處理。渠道防滲加固依據(jù)渠段地形地質(zhì)條件，邊坡及底板都采用現(xiàn)澆C20混凝土襯護(hù)。底板取12 cm厚C20混凝土襯護(hù)，土質(zhì)邊坡較緩段(坡比<1∶1)取厚12 cm C20混凝土襯護(hù)，土質(zhì)邊坡在坡比>1∶1時(shí)取厚16 cm C20混凝土襯護(hù)，以增加邊坡穩(wěn)定性，巖質(zhì)邊坡取12 cm厚C20混凝土襯護(hù)，沿渠道水流方向，混凝土襯護(hù)每隔5 m設(shè)置橫向縫，縫寬1 cm，縫內(nèi)用瀝青砂膠填充，外露部分用M30水泥砂漿抹平。為防止渠頂土體崩塌，淤塞渠道，對(duì)防滲襯砌頂部兩側(cè)土體按1∶1削坡整治，并進(jìn)行草皮護(hù)坡。對(duì)深挖方巖質(zhì)渠道邊坡巖體按1∶0.75進(jìn)行削坡整治。

總干渠渠道工程加固內(nèi)容如下:總干渠樁號(hào)K總0+000～K總0+006明渠段、樁號(hào)K總0+080～K總3+165明渠段、樁號(hào)K總3+175～K總4+005明渠段現(xiàn)狀已襯護(hù)質(zhì)量較差明渠段拆除原襯護(hù)體，重新做防滲襯護(hù)。

總干渠明渠段本期項(xiàng)目加固改造防滲襯砌累計(jì)總長3.921 km，開挖疏浚整治累計(jì)總長3.921 km。

4.1.2 左干渠加固整治設(shè)計(jì)方案

渠道防滲加固依據(jù)渠段地形地質(zhì)條件，邊坡及底板都采用現(xiàn)澆C20混凝土襯護(hù)。底板取12 cm 厚C20混凝土襯護(hù)，土質(zhì)邊坡較緩段(坡比<1∶1)取厚12 cm C20混凝土襯護(hù)，土質(zhì)邊坡坡比>1∶1 時(shí)取厚16 cm C20混凝土襯護(hù)，以增加邊坡穩(wěn)定性。巖質(zhì)邊坡取12 cm厚C20混凝土襯護(hù)，沿渠道水流方向，混凝土襯護(hù)每隔5 m設(shè)置橫向縫，縫寬1 cm，縫內(nèi)用瀝青砂膠填充，外露部分用M30水泥砂漿抹平。為防止渠頂土體崩塌，淤塞渠道，對(duì)防滲襯砌頂部兩側(cè)土體按1∶1削坡整治，并進(jìn)行草皮護(hù)坡。對(duì)深挖方巖質(zhì)渠道邊坡巖體按1∶0.75進(jìn)行削坡整治。

左干渠渠道工程加固內(nèi)容如下:對(duì)左干渠樁號(hào)K左10+318～K左16+785現(xiàn)狀已襯護(hù)質(zhì)量較差明渠段拆除原襯護(hù)體，重新做防滲襯護(hù)；對(duì)左干渠樁號(hào)K左19+035～K左21+269段現(xiàn)狀未襯護(hù)土質(zhì)渠道或巖質(zhì)渠道進(jìn)行防滲襯護(hù)。

左干渠明渠段本期項(xiàng)目加固改造防滲襯砌累計(jì)總長7.505 km，開挖疏浚整治累計(jì)總長7.505 km。

4.1.3 右干渠加固整治設(shè)計(jì)方案

渠道防滲加固依據(jù)渠段地形地質(zhì)條件，邊坡及底板都采用現(xiàn)澆C20混凝土襯護(hù)。底板取12 cm 厚C20混凝土襯護(hù)，土質(zhì)邊坡較緩段(坡比<1∶1)取厚12 cmC20混凝土襯護(hù)，土質(zhì)邊坡坡比>1∶1 時(shí)取厚16 cmC20混凝土襯護(hù)，以增加邊坡穩(wěn)定性。巖質(zhì)邊坡取12 cm厚C20混凝土襯護(hù)，沿渠道水流方向，混凝土襯護(hù)每隔5 m設(shè)置橫向縫，縫寬1 cm，縫內(nèi)用瀝青砂膠填充，外露部分用M30水泥砂漿抹平。為防止渠頂土體崩塌，淤塞渠道，對(duì)防滲襯砌頂部兩側(cè)土體按1∶1削坡整治，并進(jìn)行草皮護(hù)坡。對(duì)深挖方巖質(zhì)渠道邊坡巖體按1∶0.75進(jìn)行削坡整治。

右干渠渠道工程加固內(nèi)容如下:對(duì)右干渠樁號(hào)K右0+000～K右4+754、樁號(hào)K右5+096～K右5+292、樁號(hào)K右5+444～K右5+673、樁號(hào)K右5+877～K右7+025、樁號(hào)K右7+059～K右7+337、樁號(hào)K右8+507～K右8+630、樁號(hào)K右9+320～K右10+508現(xiàn)狀已襯護(hù)質(zhì)量較差明渠段拆除原襯護(hù)體，重新做防滲襯護(hù)，該段總長7.201 km；對(duì)右干渠樁號(hào)K右19+308～K右27+912段現(xiàn)狀未襯護(hù)土質(zhì)渠道或巖質(zhì)渠道進(jìn)行防滲襯護(hù)，總長7.333 km。

右干渠明渠段本次項(xiàng)目加固改造防滲襯砌累計(jì)總長14.534 km，開挖疏浚整治累計(jì)總長14.534 km。

4.2 渠道加固整治邊坡穩(wěn)定計(jì)算

襯護(hù)邊坡穩(wěn)定計(jì)算斷面主要選取干渠邊坡較陡斷面進(jìn)行計(jì)算， 穩(wěn)定計(jì)算成果見表1。

表1 穩(wěn)定計(jì)算成果

由表1可知，渠道襯護(hù)邊坡抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

5 渠系建筑物設(shè)計(jì)

長岡灌區(qū)現(xiàn)有渠系建筑物一共279座，設(shè)計(jì)結(jié)合渠系建筑物現(xiàn)狀存在的問題并結(jié)合灌區(qū)管理單位意見，渠系建筑物加固維修主要內(nèi)容如下:對(duì)灌區(qū)64個(gè)支渠分水口拆除重建；隧洞47座混凝土防滲襯砌；續(xù)建社富支渠隧洞20座(0.961 km)、渡槽16座。

5.1 支渠分水口加固設(shè)計(jì)

長岡灌區(qū)現(xiàn)狀3條干渠支渠分水口共計(jì)96座，其中總干渠9座，左干渠24座，右干渠63座。各支渠分水口設(shè)計(jì)灌溉面積均不大，為6.67～203.33 hm2，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288—2018)，萬畝以上灌區(qū)的支渠采用續(xù)灌方式設(shè)計(jì)，各支渠分水口控灌面積和最大引用流量為0.008～0.249 m3/s。

(1)工程現(xiàn)狀及存在的主要問題。現(xiàn)有的分水口基本上是與干渠同期修建，大多已運(yùn)行幾十年，磚石或漿砌石結(jié)構(gòu)老化、破損、水毀嚴(yán)重?，F(xiàn)有分水口結(jié)構(gòu)大多采用溝埋式，無閘門控制，存在較嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)，一定程度上降低了灌溉效益。

(2)分水口加固設(shè)計(jì)。2011—2013年長岡灌區(qū)業(yè)主通過其他渠道爭取資金，已對(duì)32個(gè)支渠分水口進(jìn)行了拆除重建設(shè)計(jì)(其中左干渠5座，右干渠27座)，并為準(zhǔn)備實(shí)施項(xiàng)目。根據(jù)各支渠分水口現(xiàn)狀存在的主要問題及灌區(qū)信息化管理要求，結(jié)合灌區(qū)管理單位意見，本次設(shè)計(jì)擬對(duì)其余的64座分水口拆除重建。

支渠控灌面積66.67 hm2以下的分水口，分水流量只有0.008～0.082 m3/s，分水流量較小，故本次加固設(shè)計(jì)擬對(duì)分水流量較小支渠分水口全部采用閘閥，閘閥型號(hào)為DN300。其余支渠控灌面積66.67 hm2以上的分水口，采用圓形閘門分水閘。

現(xiàn)有支渠分水口破堤拆除后，在原址處重建，重建的支渠分水口由閘室進(jìn)水段、涵身段及上下游漸變段等組成。閘室進(jìn)水段為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘室順?biāo)鞣较蜷L1.50 m，高為渠道設(shè)計(jì)水位加0.40 m，閘墩寬0.30 m，頂部長1.70 m，迎水面坡率與所在渠道襯砌邊坡相同，高為渠道設(shè)計(jì)水深加0.20 m。啟閉機(jī)均采用LQ-2T手動(dòng)側(cè)搖螺桿式啟閉機(jī)。啟閉機(jī)安裝高程較設(shè)計(jì)水位高0.40 m，啟閉機(jī)及其配套設(shè)施采用全封閉型式。圓管涵身段由C30鋼筋混凝土預(yù)制管和C15混凝土管座組成，管座寬管外徑加0.30 m，高0.35 m。

5.2 隧洞加固(續(xù)建)設(shè)計(jì)

(1)干渠隧洞現(xiàn)狀及存在的主要問題。長岡灌區(qū)左、右干渠現(xiàn)共設(shè)有60座隧洞，左干渠39座，右干渠21座。左干渠隧洞均為城門洞形，洞寬2.7～1.2 m之間，隧洞均未襯護(hù)，大部分進(jìn)出口及洞身段圍巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化粉砂巖，巖體穩(wěn)定性一般，洞身圍巖類別為Ⅲ～Ⅳ類。少數(shù)隧洞洞身存在塌方，隧洞均存在不同程度的淤積問題。右干渠隧洞均為城門洞形，洞寬3.5～2.0 m之間，洞身均未襯護(hù)，少量掉塊現(xiàn)象，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，有淤積，洞身圍巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化細(xì)砂巖，穩(wěn)定性較差，為Ⅲ～Ⅳ類圍巖。經(jīng)計(jì)算復(fù)核，隧洞現(xiàn)狀斷面過流能力均滿足要求。

(2) 干渠隧洞加固處理設(shè)計(jì)。長岡灌區(qū)左、右干渠沿線現(xiàn)狀隧洞數(shù)量較多，大部分都未襯護(hù)，2011～2013年長岡灌區(qū)業(yè)主通過其他渠道爭取資金，已對(duì)其中13座隧洞進(jìn)行了混凝土防滲襯砌設(shè)計(jì)(其中左干渠10座，總長553 m，右干渠3座，總長351 m)，合并為準(zhǔn)備實(shí)施項(xiàng)目。本次設(shè)計(jì)擬對(duì)長岡灌區(qū)左、右干渠其余47座隧洞(總長3.315 km)進(jìn)行防滲襯護(hù)加固。

加固擬對(duì)隧洞洞身全段斷面采用C20鋼筋混凝土進(jìn)行襯砌處理，襯砌厚度0.25 m。為了填充襯砌與圍巖之間的空隙，使襯砌與圍巖緊密結(jié)合，隧洞襯砌后對(duì)其進(jìn)行回填灌漿處理，回填灌漿孔排距1.5 m，灌漿孔從預(yù)埋鋼管中鉆進(jìn)，要求進(jìn)入巖體100 mm，每排斷面頂部布置1或2個(gè)灌漿孔，并按30°交角徑向布置，排間呈梅花型布置，孔徑50 mm。灌漿壓力初定為0.25 MPa，環(huán)間分二序孔進(jìn)行灌漿，水泥漿液灌漿漿液的水灰比采用0.5或0.6。

5.3 續(xù)建社富支渠渠系建筑物設(shè)計(jì)

(1) 社富支渠續(xù)建隧洞設(shè)計(jì)。 社富支渠續(xù)建隧洞共20座，總長961.0 m，隧洞采用城門洞型，底凈寬1.2 m，凈高1.8 m，其中矢高0.6 m，為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，隧洞襯砌厚度為0.25 m。為了填充襯砌與圍巖之間的空隙，使襯砌與圍巖緊密結(jié)合，隧洞襯砌后對(duì)其進(jìn)行回填灌漿處理。

(2)社富支渠續(xù)建渡槽設(shè)計(jì)。 社富支渠續(xù)建渡槽共16座，總長1150.0 m，渡槽由進(jìn)出口段、槽身、支承結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等部分組成。①進(jìn)出口段:為使槽內(nèi)水流與渠道水流平順銜接，減小水頭損失并防止沖刷，渡槽進(jìn)出口設(shè)置包括漸變段、與兩岸渠道連接的擋土墻等。②槽身:主要起輸水作用,槽身橫斷面型式采用矩形，采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，凈寬0.8 m，凈高1.0 m，槽身壁厚0.1 m。③支承結(jié)構(gòu):其作用是將支承結(jié)構(gòu)以上的荷載通過它傳給基礎(chǔ)，再傳至地基。渡槽的支承結(jié)構(gòu)采用C20鋼筋混凝土排架型式。④基礎(chǔ):柱下基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆C20混凝土階梯形式獨(dú)立基礎(chǔ),基礎(chǔ)底寬2.1 m，長2.8 m。

6 結(jié) 論

興國縣長岡灌區(qū)改造項(xiàng)目工程實(shí)施后，項(xiàng)目區(qū)渠道輸水能力得到明顯改善，項(xiàng)目區(qū)灌溉水利用系數(shù)由原來的0.45提高到0.65，灌溉保證率達(dá)到85%，實(shí)際灌溉總面積達(dá)到3400.00 hm2，其中新增灌溉面積220.00 hm2，恢復(fù)灌溉面積1126.67 hm2，改善灌溉面積2053.33 hm2，年節(jié)水能力1471萬m3。