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        渠道邊坡坡比調(diào)整分析

        2015-12-28 02:32:36劉大鵬
        科學(xué)中國人 2015年11期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        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)。

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