劉大鵬

河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院

渠道邊坡坡比調(diào)整分析

劉大鵬

河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院

南水北調(diào)配套工程石津干渠藁城段利用現(xiàn)有石津灌區(qū)總干渠進(jìn)行改造。砂性土渠段渠坡坡比多采用1:2.75，相應(yīng)的渠道兩岸占地范圍較大，本設(shè)計(jì)方案對(duì)局部渠段進(jìn)行換填壤土處理，坡比進(jìn)行調(diào)整，以減少渠道占地。

南水北調(diào)配套；石津干渠；邊坡坡比；調(diào)整

1 工程概況

石津干渠是石津灌區(qū)的骨干輸水工程，從黃壁莊水庫引水，途經(jīng)鹿泉市、石家莊市、藁城市、晉州市、辛集市、深州市、武強(qiáng)縣等縣市。南水北調(diào)中線工程建成后，石津干渠作為向滄州、衡水輸水的配套工程，將具有城市供水的功能。

石津干渠北莊至?xí)x州西段是石津干渠工程的重要組成部分，上接石家莊市區(qū)段，下連晉州市區(qū)段，起點(diǎn)樁號(hào)為20+122，終點(diǎn)樁號(hào)53+710，全長33.588km。本段劃分5個(gè)土建標(biāo)，其中Ⅲ標(biāo)范圍為梨園莊節(jié)制閘下游至郭莊橋下游，設(shè)計(jì)樁號(hào)37+450～42+750，線路全長5.3km，大部分渠道位于藁城市區(qū)，原設(shè)計(jì)本段左側(cè)為公園路和房屋，且渠坡存在較厚的細(xì)砂層，坡比為1:2.75，渠道設(shè)計(jì)底寬14m，渠道縱坡1/3000，并在渠道左側(cè)坡頂設(shè)擋土墻。

在現(xiàn)場施工中，汽車站橋至昌盛橋（樁號(hào)38+166～40+085）渠段右岸沿渠帶狀公園大部分被占?jí)?，為保證工程建設(shè)順利進(jìn)行，對(duì)汽車站橋至昌盛橋段渠道邊坡進(jìn)行換（回）填壤土處理。

2 工程地質(zhì)

汽車站橋至昌盛橋渠段總長1.919km，勘探深度范圍內(nèi)揭露的地層均為第四系全新統(tǒng)沖洪積（al+plQ4）地層，巖性主要有壤土、粘土、砂壤土、細(xì)砂及中粗砂等。渠道地質(zhì)為粘砂雙層結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定性差、中等滲漏。

3 渠道變更設(shè)計(jì)

3.1 原渠道設(shè)計(jì)

渠道位于藁城市區(qū)，左側(cè)為公園路和房屋，右岸為307國道，且渠坡存在較厚的細(xì)砂層。渠道橫斷面為梯形斷面，渠道設(shè)計(jì)底寬14m，邊坡1:2.75，渠道縱坡1/3000，設(shè)計(jì)水深3.32～3.82m。渠段內(nèi)有4座橋梁，橋下設(shè)置加厚襯砌，與渠道襯砌平順連接。

3.2 變更后渠道設(shè)計(jì)

3.2.1 斷面設(shè)計(jì)

變更后渠道軸線與原設(shè)計(jì)一致，橫斷面仍為梯形斷面，底寬為14m，縱坡為1/3000，兩側(cè)渠道邊坡坡比由1:2.75調(diào)整為1:2，汽車站橋及昌盛橋橋下設(shè)置漸變段，與上下游原1:2.75邊坡順接。渠坡及坡腳回填采用壤土，局部渠段渠坡及坡腳換填壤土。

3.2.2 邊坡穩(wěn)定分析

浸潤線計(jì)算采用河海大學(xué)水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（Auto?BANK v5.0）進(jìn)行計(jì)算。邊坡穩(wěn)定根據(jù)SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算程序選用河海大學(xué)土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)（HH—Slope r1.2）。

3.2.2.1 計(jì)算斷面選取

依據(jù)地質(zhì)巖性劃分和斷面設(shè)計(jì)情況選取樁號(hào)38+362.9斷面作為典型斷面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析，邊坡穩(wěn)定計(jì)算斷面參數(shù)如表1。

表1 邊坡穩(wěn)定計(jì)算斷面參數(shù)

3.2.2.2 計(jì)算成果

按上述參數(shù)對(duì)本段渠道的典型斷面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 典型斷面邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

3.3 變更后水面線推算及過流能力分析

本段渠道邊坡坡比調(diào)整后，渠道設(shè)計(jì)流量、加大流量分別為130，140m3/s，糙率為0.015，底寬14m，縱坡為1/3000，以上要素均與變更前一致。仍以一干進(jìn)水閘設(shè)計(jì)水位作為控制點(diǎn)水位，按明渠恒定非均勻流公式推算變坡后渠道水面線。水面線推算能量方程如下：

式中Z1為下游斷面對(duì)應(yīng)水位；Z2為上游斷面對(duì)應(yīng)水位；V1為下游斷面對(duì)應(yīng)流速；V2為上游斷面對(duì)應(yīng)流速；hw為上下游斷面間水頭損失。

水力計(jì)算成果如表3。

表3 渠道水力計(jì)算成果

通過水力計(jì)算分析可知，由于過水?dāng)嗝孀冃?，設(shè)計(jì)水位和加大水位最高增大0.05m，故將本變更范圍內(nèi)渠坡襯砌加高0.05m。

4 變更設(shè)計(jì)對(duì)投資的影響

4.1 主要建筑工程投資變化

本次變更設(shè)計(jì)采取渠坡?lián)Q（回）填壤土方案，適當(dāng)調(diào)整渠道邊坡，使渠道上開口占地范圍縮小，解決了左右岸占?jí)簩?shí)物的問題。但由于邊坡變陡，要滿足穩(wěn)定要求，回填料由原設(shè)計(jì)的開挖土變成壤土，增加了壤土用量。

本渠段變更設(shè)計(jì)前主要建筑工程投資為1549.46萬元，變更后為1634.98萬元，增加85.52萬元。

4.2 占遷投資變化

變更前后均在石津渠原有管理范圍內(nèi)，永久占地?cái)?shù)量未發(fā)生變化。變更后工程占?jí)撼蓸錅p少780棵，暖氣管道支護(hù)長度減少1900m。渠段變更設(shè)計(jì)前主要實(shí)物量投資為30.18萬元，變更后為6.84萬元，減少了23.34萬元。

5 結(jié)語

（1）本次變更設(shè)計(jì)采取渠坡?lián)Q（回）填壤土方案，適當(dāng)調(diào)整渠道邊坡，使渠道上開口占地范圍縮小，解決了渠道右岸坡頂占?jí)簬罟珗@難以協(xié)調(diào)的問題，能夠加快施工進(jìn)度，保證工期。渠道坡比變更后梨園莊節(jié)制閘下游水位略有抬高，但對(duì)節(jié)制閘過流能力未造成影響，仍滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）由于邊坡變陡，要滿足穩(wěn)定要求，回填料由原設(shè)計(jì)的開挖土變成壤土，增加了壤土用量，相應(yīng)的土建工程投資增大。

（3）石津干渠沿線土地資源利用矛盾突出，采用壤土換（回）填等措施調(diào)整邊坡坡比不失為解決渠道占地、增加城區(qū)綠化的有效途徑。另一方面，結(jié)合對(duì)占?jí)簩?shí)物價(jià)格水平及數(shù)量的綜合分析，征遷不存在難度的緩邊坡渠段，進(jìn)行換填與征遷投資比較分析也是有必要的。

[1]河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程北莊至?xí)x州西段初步設(shè)計(jì)報(bào)告（核定稿）[R].2013

[2]河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程北莊至?xí)x州西段汽車站橋至昌盛橋渠段渠道邊坡變更設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2014

[3]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理·方法·程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[4]張偉民.土壩在水庫水位下降期的滑坡機(jī)理[J].中國農(nóng)村水利水電，2004（8）:48-50

劉大鵬（1981-），男，河北唐海人，工程師，研究方向：水利工程設(shè)計(jì)。