東河塘干渠優(yōu)化設(shè)計(jì)方案比選與施工技術(shù)分析

陳紅川

(庫(kù)車縣銅場(chǎng)水庫(kù)管理站，新疆 庫(kù)車842000)

1 工程概況

東河塘干渠位于新疆庫(kù)車縣境內(nèi)，該干渠在20世紀(jì)60 年代和90 年代經(jīng)過(guò)兩次分段拆除重建，由于受資金等條件限制，拆除重建不徹底，且建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低。經(jīng)多年運(yùn)行，目前干渠破壞嚴(yán)重，水利用系數(shù)低，引水能力不足，造成東河塘鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)灌溉用水緊張，干渠的滲漏造成土壤次生鹽漬化。

為了解決上述問(wèn)題，庫(kù)車縣水利局決定對(duì)東河塘干渠進(jìn)行優(yōu)化，恢復(fù)和增強(qiáng)干渠的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉作用。本次優(yōu)化為干渠(0+000 ～14+061.7 段)防滲優(yōu)化。干渠控制的灌溉面積為8 520 hm2，渠道長(zhǎng)度14+061.7km，設(shè)計(jì)流量為6.8 ～4.16 m3/s，加大流量為8.5 ～5.41 m3/s。該干渠工程規(guī)模為中型，主要建筑物為4 級(jí)，次要建筑物為5 級(jí)。

2 工程地質(zhì)條件

東河塘干渠地處庫(kù)車河下游沖洪積平原，干渠兩側(cè)為耕地及少量荒地，地表植被發(fā)育，地面松軟具鹽殼及白色鹽霜，為鹽漬土地區(qū)。渠道沿線地基土以低液限粉土為主，地基承載力90 kPa，地下水埋深(自地面)1.4 ～3.8 m。渠基土以低液限粉土為主，為凍脹性土，渠道水位高于地下水位，存在一定的滲漏。地基土滲透變形類型為流土，允許水力比降為0.475。工程區(qū)沿線地下水埋深0.2 ～1.8 m，局部高出渠底，高水位期為每年的3—4 月。

3 干渠存在的問(wèn)題

東沙塘干渠存在以下4 個(gè)方面的問(wèn)題:

1)渠道整體斷面偏小，過(guò)流能力不足，最大過(guò)流能力約6.3m3/s，輸水保證率低。工程實(shí)施后，渠道的輸水能力可提高到8.5 m3/s，滿足灌區(qū)用水要求。

2)渠道淤積、沖刷并存。邊坡砌石大部分滑落到渠底，造成渠道糙率增大，并產(chǎn)生嚴(yán)重淤積。土渠段發(fā)生沖刷及坍塌，預(yù)制板襯砌段由于凍脹及渠道邊坡較陡，導(dǎo)致預(yù)制板滑落至渠底造成渠道淤積［1］。工程的實(shí)施，可加大渠道引水量，使現(xiàn)狀渠道凍脹破壞問(wèn)題得以解決。

3)渠道存在一定的滲漏。通過(guò)計(jì)算，干渠每年滲漏損失水量約667×104m3。改(擴(kuò))建后，可以減少滲漏損失水量，提高水利用系數(shù)，避免因水的滲漏而造成土壤次生鹽漬化。

4)渠道建筑物破壞嚴(yán)重，且部分不能滿足運(yùn)行要求。

4 干渠優(yōu)化設(shè)計(jì)方案比選分析

4.1 渠線方案比選

東河塘干渠渠線的選擇主要依據(jù)渠道現(xiàn)狀情況、沿線地形地貌、已建建筑物的利用情況;在該干渠右側(cè)有一條土排渠，全長(zhǎng)15.78 km，并以少占農(nóng)田，少破壞天然植被，工程投資少，保證渠道安全運(yùn)行，便于管理為原則進(jìn)行選擇［2］。該干渠渠線方案比較見(jiàn)表1。

表1 渠線方案比較

通過(guò)綜合比較，方案1 具有渠道短，投資少，運(yùn)行安全，管理方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，選擇按原渠線進(jìn)行優(yōu)化的方案。

4.3 渠道設(shè)計(jì)方案比選

根據(jù)渠道布置及渠道沿線的地層巖性、地下水埋深等因素，滿足工程防沖、防滲、防淤、防凍脹等各項(xiàng)性能指標(biāo)［3］，對(duì)渠道縱坡進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終確定為1.0‰～2.2‰之間。

本次渠道橫斷面有3 種方案可供選擇:①方案1:梯弧形斷面;②方案2:梯形斷面;③方案3:梯形斷面弧底坡角。具體比選情況見(jiàn)下表2。

表2 橫斷面方案比選表

由表2 可知，3 個(gè)方案各方面差別不大，通過(guò)對(duì)三個(gè)方案的綜合比較，最終確定投資費(fèi)用較低的梯弧形斷面為最終的施工方案。

4.4 渠道防滲及襯砌方案比選

結(jié)合本項(xiàng)目附近的水利工程情況，確定本項(xiàng)目采用預(yù)制混凝土板的防滲形式(其中0+000 ～3+634.4 段渠底利用原渠道拆下來(lái)的卵石做漿砌石砌筑)。

圖1 梯弧形斷面

由于東河塘干渠縱坡相對(duì)較緩，通過(guò)水力計(jì)算得出各段渠道流速均在2 m3/s左右，需對(duì)渠道采取防沖措施。經(jīng)分析有3 種可選方案:

1)漿砌石方案:具有適應(yīng)變形能力較大，施工簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。

2)混凝土預(yù)制板方案:具有施工周期短，施工難度較小等特點(diǎn)。

3)混凝土現(xiàn)澆板方案:具有整體性好，表面美觀，水力條件好等優(yōu)點(diǎn)，但適應(yīng)變形能力較差，施工周期較長(zhǎng)，渠道沿線施工用水條件較差［4］。

綜合比較，該渠道推薦預(yù)制混凝土板作為渠道襯砌的最終方案。

5 工程布置

本工程主要布置14.06 km引水明渠、5 座節(jié)制分水閘、5 座分水口、1 座渡槽和8 座交通橋(其中保留3 座，拆除重建5 座)，共19 座渠系建筑物。

渠道沿線交通路具體布置如下:①0+000 ～5+517.8 段現(xiàn)狀沿線兩側(cè)多為荒地，無(wú)道路，不方便對(duì)渠道管理。設(shè)計(jì)在該段渠道布置伴行路，路寬4 m;②5+517.8 ～14+061.7 段渠道沿線有簡(jiǎn)易道路，附近有瀝青道路伴行，并多處與渠道相交，方便對(duì)渠道管理，該段不再新設(shè)渠道伴行路。伴行路設(shè)計(jì)為20 cm厚砂礫石路面。

6 工程施工

1)干砌石及預(yù)制板的拆除。拆除時(shí)以人工為主，機(jī)械為輔。拆除后的卵石及混凝土板統(tǒng)一堆放于渠堤外側(cè)，方便對(duì)卵石的重復(fù)利用。

2)渠道清廢。主要是土方填筑范圍內(nèi)的雜草、淤泥及腐殖土的清除。施工以機(jī)械為主，人工為輔，應(yīng)注意清廢厚度的控制，以避免不必要的超挖。在對(duì)渠道清廢后用13.5 t凸塊振動(dòng)碾碾壓，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求再進(jìn)行下道工序。

3)土方開(kāi)挖及回填。渠道土方開(kāi)挖采用2 m3挖掘機(jī)挖甩，土方開(kāi)挖以機(jī)械為主，人工為輔，利用方就近堆放，棄土堆在渠道兩側(cè)外坡角以外。本項(xiàng)目的土方回填是利用103 kW推土機(jī)推土、平土，13.5 t凸塊振動(dòng)碾碾壓，人工輔助修坡、整平;砂礫石填筑標(biāo)準(zhǔn):相對(duì)密度Dr ≥0.75，土料填筑標(biāo)準(zhǔn):壓實(shí)度P≥95%。

4)防凍墊層施工采用平板振動(dòng)夯逐層拖振，墊層要求分層回填，每層厚≤20 cm，振密實(shí)度應(yīng)＞2.15 g/cm3。

5)預(yù)制凝土板施工。將骨料運(yùn)至預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)，利用0.4 m3移動(dòng)式拌合機(jī)拌制，在震動(dòng)臺(tái)上放置若干六凌塊模板，混凝土由人工從溜槽直接入模、平模，由振動(dòng)板振實(shí)，人工灑水養(yǎng)護(hù)。將預(yù)制板拉運(yùn)至渠道，采用人工砌筑，板間縫采用M10 砂漿閉縫。

7 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)干渠優(yōu)化方案設(shè)計(jì)比選，以及施工技術(shù)分析探討，較好地為干渠優(yōu)化的資金利用、資源配置和工程施工順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)，從而提高了干渠的渠系水利用系數(shù)，有利于水資源的合理開(kāi)發(fā)利用，改善了項(xiàng)目區(qū)灌溉生產(chǎn)條件，取得了很好的社會(huì)效益，也為以后類似的水利工程建設(shè)提供了可參考經(jīng)驗(yàn)。

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