富平縣張橋鎮(zhèn)鐵門洼地應(yīng)急排澇工程實(shí)施方案淺析

馬光標(biāo)

（西安景天水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司,陜西 西安 710018）

0 前言

富平縣張橋鎮(zhèn)由于2021 年9 月～10 月暴雨災(zāi)害,部分低洼地區(qū)遭受內(nèi)澇,田間積水至今無法消除,致使田間農(nóng)作物無法收獲,也導(dǎo)致今年冬播無法進(jìn)行,當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受巨大影響,嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。

項(xiàng)目區(qū)位于交口抽渭灌區(qū)與東雷二期抽黃灌區(qū)兩大灌區(qū)末端,內(nèi)部灌溉設(shè)施配套完善,但無排水設(shè)施,由于項(xiàng)目區(qū)位置地勢低,地表降雨及周邊灌溉水常常匯聚于此,地表水常年無法排出,地下水位埋深淺,致使項(xiàng)目區(qū)經(jīng)常遭受內(nèi)澇、漬害的影響,具有土壤鹽堿化的風(fēng)險(xiǎn)。存在的隱患較多,已嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)作物生產(chǎn)安全。

1 工程級(jí)別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）,富平縣張橋鎮(zhèn)鐵門洼地應(yīng)急排澇工程排水受益面積共計(jì)5.10 km2即2382 畝,工程建設(shè)區(qū)共計(jì)1.58 km2即2382 畝,工程等別為Ⅴ等。其永久性建筑物按其工程等別劃分為：主要建筑物為5 級(jí),次要建筑物為5 級(jí)；臨時(shí)建筑物按照5 級(jí)設(shè)計(jì)。

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）,確定工程建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為：主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按10 年一遇設(shè)計(jì),校核洪水標(biāo)準(zhǔn)按20 年一遇校核。

抗震設(shè)計(jì)符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 500111-2010）以及《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50191-2012）的規(guī)定。建（構(gòu)）筑物按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度按Ⅷ度采取抗震措施,設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s。

2 應(yīng)急排澇工程設(shè)計(jì)方案

2.1 田間排水工程設(shè)計(jì)

（1）田間排水系統(tǒng)

結(jié)合工程易澇區(qū)范圍形狀,現(xiàn)狀灌溉渠道、道路的布置情況,在不改變?cè)刑飰K耕作方式的情況下,田間排水工程分為田間排水明溝和排水暗管,排水主溝道兩級(jí)布設(shè)。末級(jí)排水采用排水明溝與吸水管間隔布置,每隔兩道吸水管設(shè)置一道排水明溝。

（2）田間排水明溝深度和田間吸水管埋深

根據(jù)《灌溉與排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）和《農(nóng)田排水工程技術(shù)規(guī)范》（SL/T 4-2020）中的規(guī)定,調(diào)控地下水位的末級(jí)固定排水溝深度按下式計(jì)算：

式中：hd為調(diào)控地下水位的末級(jí)固定排水溝深度,m；h 為排漬深度或防治鹽堿化要求的地下水深度,m； H 為剩余水頭或滯留水頭,一般采用0.2 m～0.3 m；h0為排地下水時(shí)的溝中水深,一般采用0.1 m～0.2 m。

根據(jù)本工程地質(zhì)勘查報(bào)告,本工程易澇區(qū)地下水臨界深度為1.20 m,剩余水頭取0.2 m,溝中水深取0.1 m,確定排水明溝設(shè)計(jì)深度為1.5 m。

集水管埋深應(yīng)低于集水管與吸水管連接處的吸水管埋深0.1 m～0.2 m。最終確定田間吸水管最小埋深為1.30 m。

（3）田間排水明溝和吸水管間距

管溝間距與土壤滲透性有關(guān),宜通過田間試驗(yàn)確定。由于暫無項(xiàng)目區(qū)內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料,借鑒交口灌區(qū)實(shí)驗(yàn)站20 世紀(jì)70 年代明溝排水有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料。參考確定田間排水明溝和吸水管間距。

根據(jù)交口灌區(qū)實(shí)驗(yàn)站有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料,在壤質(zhì)土、粘質(zhì)土地區(qū),分別選擇了溝深為1.5 m、2.4 m、2.5 m 和3.0 m 的四條排水溝,進(jìn)行了較長時(shí)間的地下水位觀測,其作用半徑分別為150 m、250 m、350 m?？紤]到項(xiàng)目區(qū)土壤情況與上述試驗(yàn)區(qū)基本一致,明溝與暗管排水略有不同,設(shè)計(jì)田間排水明溝和吸水管間距設(shè)計(jì)為150 m～250 m。田間排水明溝和吸水管長度結(jié)合易澇區(qū)范圍形狀和集水管平面布置,長度為100 m～500 m。

（4）排水明溝斷面設(shè)計(jì)

排水明溝采用梯形斷面,根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告,排水明溝邊坡坡比設(shè)計(jì)為1∶1,為滿足機(jī)械施工需求,底寬1.0 m,底坡坡降為1/2000。

（5）田間管道管材比選

田間排水管道采用開槽施工,田間排水暗管長度4998 m,管線較長,但工程范圍內(nèi)地形平坦,地質(zhì)情況不復(fù)雜,便于管道開槽施工。綜合選取,田間排水暗管采用打孔聚乙烯雙壁波紋管敷設(shè)。既能有效節(jié)約成本,也降低了施工難度。

（6）水力計(jì)算

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）的規(guī)定,排水暗管實(shí)際選用內(nèi)徑不得小于50 mm,排水暗管采用同一內(nèi)徑,排水暗管設(shè)計(jì)比降應(yīng)滿足管內(nèi)流速不小于0.3 m/s的要求。排水暗管的內(nèi)徑按下式計(jì)算：

式中：d1為排水暗管內(nèi)徑,m；Qp為設(shè)計(jì)排水流量,m3/s；i 為管道水力比降,‰；n 為管內(nèi)壁糙率,本工程選用雙壁波紋管,內(nèi)壁糙率n=0.016；α為與管內(nèi)水的充盈度有關(guān)的系數(shù),本工程取α=1.497。

本次本著經(jīng)濟(jì),合理的原則,結(jié)合管道比降和充盈度確定最佳管徑,本工程田間排水管道管徑經(jīng)計(jì)算確定全部選用DN200 雙壁波波紋管。

（7）管道橫斷面

管溝兩側(cè)開挖坡比1∶0.75,設(shè)計(jì)管溝底部開挖寬度按照當(dāng)管徑小于等于DN400 時(shí)外壁兩側(cè)各預(yù)留0.3 m,管徑大于DN400 時(shí)外壁兩側(cè)各預(yù)留0.5 m 確定。管道下按照從下到上0.15 m 土墊層、0.3 m 厚3∶7 灰土墊層順序鋪設(shè)管道基礎(chǔ)。壓實(shí)度不小于90%,管道地段全部采用開挖土進(jìn)行回填壓實(shí)。

（8）附屬構(gòu)筑物

設(shè)計(jì)田間排水暗管與排水主溝道連接處設(shè)置混凝土防護(hù),排水主溝末端設(shè)置沉淀池一座,防止泥沙進(jìn)入排水主管道,沉淀池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),有效容積500 m3。

（9）機(jī)耕橋設(shè)計(jì)

為保證耕地機(jī)械耕作,排水溝道沿線共設(shè)置機(jī)耕橋15 座,機(jī)耕橋橋面寬4.0 m,跨度6 m,采用鋼筋混凝土平板橋設(shè)計(jì),橋臺(tái)采用M7.5 漿砌石砌筑。

2.2 排水主管道設(shè)計(jì)

（1）排水主管道

工程易澇區(qū)范圍內(nèi)田間積水及地下水由田間排水明溝和排水暗管收集之后,由排水主管道排至鹵泊灘。

（2）排水主管道埋深

排水主管埋深根據(jù)田間排水主溝道末端深度,結(jié)合排水主管道地形確定。

（3）管材比選

該項(xiàng)目地形不復(fù)雜,管道較長,管道占投資的比重大,管材選用不當(dāng)會(huì)造成事故或增加不必要的資金投。本工程排水主管道長度3434 m,管線較長,但主管道沿線地形起伏,部分需采用頂管施工。綜合選取,本工程排水主管道開槽施工部分采用聚乙烯雙壁波紋管敷設(shè),頂管施工部分采用鋼筋混凝土管道敷設(shè)。既能有效節(jié)約成本,也降低了施工難度。

（4）管道水力計(jì)算

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）的規(guī)定,排水主管道內(nèi)徑按下式計(jì)算：

式中：d1為集水管內(nèi)徑,m；Qp為設(shè)計(jì)排水流量,m3/s；i 為管道水力比降,‰；n 為管內(nèi)壁糙率,本工程選用雙壁波紋管內(nèi)壁糙率n=0.016,混凝土管道內(nèi)壁糙率n=0.013；α為與管內(nèi)水的充盈度有關(guān)的系數(shù),本工程取α=1.497。

本著經(jīng)濟(jì)合理的原則,結(jié)合管道比降和充盈度確定最佳管徑,排水主管道管徑確定及水力計(jì)算見表1。

表1 排水主管道水力計(jì)算表

續(xù)表1

（5）管道橫斷面

設(shè)計(jì)排水主管道管徑全部為DN1000,開槽施工部分管溝兩側(cè)開挖坡比1∶0.75,設(shè)計(jì)管溝底部開挖寬度按照當(dāng)管外壁兩側(cè)各預(yù)留0.5m。管道基礎(chǔ)按照從下到上0.15 m 土墊層、0.3 m 厚 3∶7 灰土墊層順序鋪設(shè)管道基礎(chǔ)。壓實(shí)度不小于90%,管道地段全部采用開挖土進(jìn)行回填壓實(shí)。

（6）附屬構(gòu)筑物

排水主管道根據(jù)平面布置和縱斷面共新建檢查井11 座,出水口1 座。

（7）頂管工作井

設(shè)計(jì)排水主管在部分深度較深區(qū)域采用頂管施工,頂管施工長度共計(jì)1034 m,分別在節(jié)點(diǎn)ZP-3、ZP-4、ZP-5、ZP-6、ZP-7、ZP-8、ZP-9、ZP-10 處共設(shè)置8 座頂管工作井。

頂管工作井設(shè)計(jì)內(nèi)徑5.0 m,壁厚0.6 m,井深度分別為7.96 m、11.049 m、11.921 m 和14.774 m,采用沉井法施工,底板基礎(chǔ)采用0.3 m 厚砂礫石墊層,底板厚度0.6 m,頂管施工結(jié)束后,工作井底部砌筑流槽,頂板設(shè)置?1000 人孔,頂板覆土1.0 m,作為管道檢查井使用。

（8）排水主管道平面布置

根據(jù)上述排水主管道管徑、比降及管材,結(jié)合排水主管沿線地形條件,排水主管道沿現(xiàn)狀交口抽渭灌區(qū)北十渠直引斗渠由南向北布置,到達(dá)金溝村后沿路布置,最終排水至鹵泊灘。其中節(jié)點(diǎn)ZP-1 至ZP-3、ZP-10 至ZP-20 段采用開槽施工,管材選用聚乙烯雙壁波紋管,節(jié)點(diǎn)ZP-3 至ZP-10 段采用頂管施工,管材選用鋼筋混凝土管。

2.3 匯水池塘設(shè)計(jì)

工程區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有低洼常年積水地帶一處,位于鐵門村南側(cè),此處常年積水無法耕作,結(jié)合該處地形條件,本次設(shè)計(jì)將其改造為匯水池塘,既可以匯集周邊田間積水和地下水,減輕內(nèi)澇,亦可作為田間污水和農(nóng)村生活污水的天然降解池,維護(hù)生態(tài),防止污染。使本工程真正成為生態(tài)工程、綠色工程。

設(shè)置匯水池塘一處,位于鐵門村南側(cè),設(shè)計(jì)池底高程372.50 m,正常蓄水位為374.00 m,匯水池塘正常庫容為22084 m3。池頂高程376.00 m,池頂外設(shè)置1.3 m 高防腐木圍欄,圍欄外設(shè)置3.0 m 寬人行步道,步道外設(shè)置2 m 寬綠化帶。

2.4 排灌機(jī)井設(shè)計(jì)

新建8 眼機(jī)井,機(jī)井間隔300 m～400 m 方格型布置。機(jī)井雨季抽水就近排入排澇暗管,降低地下水位,排澇防漬,旱季抽水就近排入田間灌溉渠道,用于補(bǔ)充灌溉用水。

2.5 工程管理站設(shè)計(jì)

新建管理站一座。管理站總占地面積為735 m2,新建管理房一座,管理房為地上一層,采用磚混結(jié)構(gòu),建筑面積為124.76 m2,管理站設(shè)置6 m 寬主入口一處,四周設(shè)置2.0 m 寬綠化,站內(nèi)硬化地面面積為354 m2。

3 結(jié)語

通過在項(xiàng)目區(qū)低洼易澇處開挖集水塘,建設(shè)匯水池塘,利用排水暗管和排水明溝收集排出田間地下水,有效遏制土壤鹽堿化,新建抽排機(jī)井,控制地下水位,旱季亦可用于補(bǔ)充灌溉用水。通過排水主管道將田間集水及部分地下水排至鹵泊灘,以自排為主、抽排為輔、排灌結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)的綜合治理,助力富平縣鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施,改善農(nóng)村生活環(huán)境,恢復(fù)生產(chǎn)秩序。