楊建團(tuán)

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局，陜西 咸陽(yáng) 712000）

1 工程概況

寶雞峽塬上總干渠是全灌區(qū)灌溉、發(fā)電輸水的“主動(dòng)脈”，承擔(dān)著向下游灌區(qū)抗旱、電站發(fā)電輸水任務(wù)，具有灌溉、蓄庫(kù)、發(fā)電等多項(xiàng)重要功能，于1971年建成?？刂乒喔让娣e171.91萬(wàn)畝，電站總裝機(jī)容量26.9 MW，水庫(kù)總庫(kù)容3.3億m3。渠首設(shè)于陳倉(cāng)區(qū)林家村，由林家村樞紐進(jìn)水閘起至乾縣壇子坊止，全長(zhǎng)170.2 km。設(shè)計(jì)斷面為梯形，底寬4.5 m～12 m，渠深3.2 m～4.6 m，內(nèi)坡比 1∶1.1～1∶1.5，比降 1/1000～1/5000，設(shè)計(jì)流量50 m3/s～40 m3/s，加大流量60 m3/s～55 m3/s。渠道年平均運(yùn)行300天以上，是灌區(qū)非常重要且著力加強(qiáng)維護(hù)的重點(diǎn)渠道。

2 存在問(wèn)題

2.1 工程險(xiǎn)工隱患多

塬上總干渠98 km塬邊渠道途經(jīng)古、老、新滑坡體172處，塬高坡陡，左岸施工時(shí)削坡又不到位，局部滑坡多次發(fā)生，危及行水安全；臨平地段渠道穿越早期人們居住的黃土高原邊沿區(qū)，廢棄舊窯洞、墓穴多，輸水安全隱患大。支渠布線太長(zhǎng)，最長(zhǎng)超過(guò)30 km，渠線所到之處深挖方高填方渠段多，安全隱患突出。

2.2 渠道凍脹損壞嚴(yán)重

經(jīng)過(guò)40多年運(yùn)行，由于凍脹、沉陷、滑坡等原因，原現(xiàn)澆砼襯砌板出現(xiàn)大量貫通裂縫和表面脫落現(xiàn)象，且絕大多數(shù)裂縫集中在渠底部位，損壞部位占防滲面積40%左右。貫通裂縫和板塊脫落成為渠道最直接的滲漏通道，長(zhǎng)期的滲漏不僅造成水源較大浪費(fèi)，而且對(duì)渠岸穩(wěn)定造成極大威脅。如2013年3月31日，乾縣周城鎮(zhèn)漠谷河右岸發(fā)生嚴(yán)重滑塌，滑塌方量30萬(wàn)m3，導(dǎo)致總五支渠200 m渠道滑塌中斷用水，造成下游2.4萬(wàn)畝農(nóng)田至今無(wú)法抗旱灌溉。

2.3 設(shè)施老化長(zhǎng)期帶病運(yùn)行

在實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)楦?、支渠初期襯砌段的砼板厚度小、標(biāo)號(hào)低，且板下無(wú)防滲膜料，襯砌板大小不一。因凍融作用，基礎(chǔ)沉陷和自然老化，砼襯砌板普遍發(fā)生裂縫、鼓肚、剝蝕、錯(cuò)位等破壞現(xiàn)象；破損預(yù)制襯砌板滑落渠底，阻水雍水，降低防滲效果和輸水能力；填方段多次出現(xiàn)裂縫、塌陷等險(xiǎn)情，以致漏水、決口事故頻繁發(fā)生。多年來(lái)由于維修改造資金短缺，長(zhǎng)期處于帶病運(yùn)行狀態(tài)。

3 工程改造方案分析

3.1 渠道設(shè)計(jì)流量確定

塬上總干渠地處灌區(qū)上游，承擔(dān)著向下游灌區(qū)輸水、蓄庫(kù)、發(fā)電等重要任務(wù)。由于灌區(qū)面積基本未變，所以渠道改造維持原設(shè)計(jì)流量不變。

3.2 渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)

總干渠節(jié)水改造段現(xiàn)狀為梯形斷面，依據(jù)《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》和《陜西省大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實(shí)施方案設(shè)計(jì)大綱》，若改為弧腳梯形斷面土方工程量大，施工工期長(zhǎng)；而采用梯形與現(xiàn)狀斷面易于結(jié)合，土方工程量少，施工期短，因此該段渠道改造采用梯形斷面。

3.3 渠道水力計(jì)算

本次改造的渠道設(shè)計(jì)根據(jù)明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；C 為謝才系數(shù)，C=1/n×R1/6；R 為水力半徑，m，R=A/X；X 為濕周，m；i為渠道比降。

結(jié)合工程現(xiàn)狀、渠道多年運(yùn)行情況及《灌排規(guī)范》，塬上總干渠渠堤超高按土石壩設(shè)計(jì)要求計(jì)算確定為1.28 m，渠道改造段水力要素見(jiàn)表1。

表1 塬上總干渠改造段水力要素表

3.4 渠道流速校核

①渠道允許不淤流速

經(jīng)計(jì)算渠道最小V不淤=0.60 m/s。

②允許不沖流速

由《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288-99）查得：砼渠道V不沖=8.0 m/s。而改造段渠道設(shè)計(jì)流速大于0.60 m/s，小于8.0 m/s，所以滿足不沖不淤要求。

3.5 渠道襯砌設(shè)計(jì)

塬上總干渠道襯砌采用全斷面現(xiàn)澆砼板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，板下鋪設(shè)一布一膜復(fù)合土工膜。各改造段統(tǒng)一采用膜厚0.5 mm、基布150 g/m2的復(fù)合土工膜，渠道襯砌砼標(biāo)號(hào)為C20W6F50。渠道襯砌底板等厚16 cm，坡板采用楔形板，按照渠道陰陽(yáng)坡分別設(shè)計(jì)襯砌板厚度，陽(yáng)坡板厚10 cm～16 cm、陰坡12 cm～16 cm。改造段縱向伸縮縫沿兩側(cè)坡板與底板相交處設(shè)兩道，橫向伸縮縫每隔4 m設(shè)一道，同時(shí)在新舊襯砌板相接處及斷面變化處設(shè)橫向伸縮縫。伸縮縫斷面為梯形，上口寬3.0 cm，下口寬2.0 cm，伸縮縫先用M10水泥砂漿封底，再熱灌聚氯乙烯膠泥，最后用M10水泥砂漿封口。

3.6 渠道抗凍脹設(shè)計(jì)

塬上總干渠走向?yàn)镋-W，選取內(nèi)坡中點(diǎn)偏下、底面中點(diǎn)兩點(diǎn)進(jìn)行凍脹量計(jì)算。塬上總干渠位于季節(jié)性凍土地區(qū)，據(jù)氣象站資料，改造段最大凍深為30 cm，多年平均凍深20 cm，按《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 23-2006)計(jì)算本工程的凍脹位移值。

①設(shè)計(jì)凍深值

設(shè)計(jì)凍深按《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 23-2006）進(jìn)行計(jì)算：

式中:Zd為渠系工程的設(shè)計(jì)凍深，cm；Zm為歷年最大凍深，cm；ψd為考慮日照及遮陰程度的修正系數(shù)，按 ψd=α+（1-α）ψi計(jì)算，渠底底面ψd=1.065，渠道陰坡板ψd=1.324，渠道陽(yáng)坡板ψd=0.478；ψw為地下水影響系數(shù)，近似取1.0。

經(jīng)計(jì)算，渠底的設(shè)計(jì)凍深Zd=31.95 cm，渠道陰坡板設(shè)計(jì)凍深Zd=39.72 cm，渠道陽(yáng)坡板設(shè)計(jì)凍深Zd=14.34 cm。

②基礎(chǔ)設(shè)計(jì)凍深

渠道的襯砌板厚度為δc＜0.5 m，渠道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)凍深Zf按抗凍脹規(guī)范進(jìn)行計(jì)算：

式中：Zf為基礎(chǔ)下的設(shè)計(jì)凍深，cm；δc為基礎(chǔ)板厚度，cm；δw為底板之上冰層厚度，cm。

經(jīng)計(jì)算，渠道底面Zf=23.15 cm，陰坡面Zf=31.27 cm，陽(yáng)坡面Zf=6.59 cm。

③凍脹量

凍土層產(chǎn)生的凍脹量hf按抗凍脹規(guī)范進(jìn)行計(jì)算：

式中：h為工程地點(diǎn)天然凍土層產(chǎn)生的凍脹量，cm；Hf為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下凍土層產(chǎn)生的凍脹量，cm。

由于項(xiàng)目區(qū)地下水埋深大于2 m，按2 m考慮，依次查表得h=0.6 cm、0.8 cm、0.6 cm。故渠道底面凍脹量hf=0.44 cm，渠道陰坡面凍脹量hf=0.63 cm，渠道陽(yáng)坡面凍脹量hf=0.18 cm。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本工程最大凍脹位移值發(fā)生在渠道陰板坡底部，其值為0.63 cm，小于該渠道1 cm的允許凍脹位移值。所以該渠道在選用砼楔形板板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)襯砌、設(shè)置伸縮縫和基土夯實(shí)等措施后，滿足抗凍脹要求。

4 棚蓋段方案比選

在進(jìn)行塬上總干渠改造的同時(shí)，對(duì)部分支渠及分支渠道也進(jìn)行改造和方案優(yōu)化。如總干二支分支渠3+025～3+450段渠道為過(guò)村渠道，為保證村民活動(dòng)安全，避免垃圾入渠，決定對(duì)該段渠道進(jìn)行棚蓋。并根據(jù)該段渠道地形條件和流量規(guī)模，對(duì)矩形斷面和弧底梯形斷面兩種形式進(jìn)行比選。

1）橫斷面形式設(shè)計(jì)

①方案Ⅰ：矩形斷面

棚蓋段全部采用矩形斷面，底板厚10cm，側(cè)墻厚45cm，橫向每4m設(shè)伸縮縫一道，底板和側(cè)墻連接處設(shè)縱向伸縮縫兩道。蓋板用1.8m×0.5m×0.12m預(yù)制C25鋼筋砼板。橫斷面襯砌設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 矩形斷面蓋板設(shè)計(jì)圖（尺寸單位：mm）

②方案Ⅱ：弧底梯形斷面

棚蓋段渠道全部采用弧底梯形斷面，襯砌板等厚8 cm，全斷面鋪設(shè)一布一膜復(fù)合土工布，橫向每4 m設(shè)伸縮縫一道。蓋板用3.2 m×1.0 m×0.25 m預(yù)制C25鋼筋砼板。橫斷面襯砌設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 弧底梯形斷面蓋板設(shè)計(jì)圖

2）橫斷面形式比較

矩形斷面和弧底梯形斷面各有優(yōu)缺點(diǎn)，見(jiàn)表2。

表2 橫斷面形式比較表

從以上比較看出，方案Ⅰ根據(jù)地形條件，利于施工，單米工程投資較??；方案Ⅱ水力條件和抗凍脹性雖好，但弧底梯形斷面施工難度相對(duì)較大，單米工程投資較大。故設(shè)計(jì)選取矩形斷面形式進(jìn)行渠道棚蓋。

5 結(jié)語(yǔ)

近些年，寶雞峽灌區(qū)利用節(jié)水改造項(xiàng)目，對(duì)塬上總干渠及支、分支渠逐步進(jìn)行改造加固，方案堅(jiān)持依據(jù)規(guī)范，因地制宜，注重解決渠道常見(jiàn)的淤積、滲漏、裂縫、凍脹問(wèn)題，消除工程病險(xiǎn)狀況對(duì)輸水灌溉的制約，保證渠道安全運(yùn)行，提高工程建設(shè)質(zhì)量和使用壽命。同時(shí)，工程改造注意新舊渠道有機(jī)銜接，干支渠道改造相互配套，提高灌溉供水保證率，恢復(fù)擴(kuò)大農(nóng)灌有效面積，促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)農(nóng)民增收。實(shí)施方案科學(xué)、合理、實(shí)用，可為全省大中型灌區(qū)渠道工程節(jié)水改造提供借鑒。