(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

1 概 述

渾北灌區(qū)地處沈陽(yáng)市西北部，始建于1914年。全灌區(qū)東西長(zhǎng)48km，南北寬22km。區(qū)內(nèi)土地面積285.5km2，耕地面積33萬(wàn)畝，其中設(shè)計(jì)灌溉面積22.27萬(wàn)畝。渾北灌區(qū)是遼寧省的中型灌區(qū)之一，也是沈陽(yáng)市重要的水稻產(chǎn)區(qū)。

灌區(qū)內(nèi)各條渠道除輸送灌溉用水、景觀(guān)環(huán)境用水外，還承擔(dān)沈陽(yáng)北部城區(qū)排水任務(wù)。一方面渠道斷面窄小，落淤?lài)?yán)重，流速緩慢，堤身單薄，汛期各渠道常滿(mǎn)負(fù)荷排洪，常會(huì)出現(xiàn)因排泄不暢而造成的漫堤、決堤等險(xiǎn)情。另一方面，隨著城市化發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，水田面積大大減少，減少了排水出路。三面閘以下段渠道已成為城市排水的瓶頸。因此，研究如何利用現(xiàn)有渠道，減少征占地，通過(guò)工程措施提高渠道過(guò)流能力，解決城市排水出路問(wèn)題顯得十分必要。本文以南干渠改造為例，針對(duì)南干渠各段存在的不同問(wèn)題，分段研究渠道改造工程技術(shù)。

2 南干渠現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

南干閘至紅旗閘段為南干渠，全長(zhǎng)4019m，2011年實(shí)施整治，設(shè)計(jì)流量22m3/s，設(shè)計(jì)河底比降1/3500，梯形斷面，設(shè)計(jì)渠深2.3m，設(shè)計(jì)渠底寬度13m，因征地困難、與建筑物平順銜接等因素，實(shí)際渠底寬度9～17m，渠底鋪設(shè)有天然鈉基膨潤(rùn)土防水毯，兩側(cè)邊坡采用鋼筋混凝土板護(hù)坡，坡比1∶1.5，坡長(zhǎng)3.42m，護(hù)坡中間設(shè)置一道縱縫，由于水位變化、凍脹，導(dǎo)致縱縫處混凝土板存在不同程度破損，特別是處于陰面的混凝土板破損嚴(yán)重。南干渠上現(xiàn)有5座公路橋和7座鐵路橋，其中767鐵路橋橋面底高程較低，橋面與渠頂齊平，制約了渠道水位，其余橋梁均能滿(mǎn)足渠道排水要求。

根據(jù)城市總體規(guī)劃，在原南干閘至二環(huán)橋段渠道所在地新建調(diào)蓄湖，受其影響，該段渠線(xiàn)須重新規(guī)劃布置。根據(jù)渾北灌區(qū)渠系排水流量分配情況，要求南干渠渠道改造后南干閘至暗渠進(jìn)口閘段設(shè)計(jì)流量達(dá)到34m3/s，過(guò)流能力須增大12m3/s，提高1.5倍。其中，新建暗渠分走流量23m3/s后，暗渠進(jìn)口閘至紅旗閘段設(shè)計(jì)流量為11m3/s(見(jiàn)圖1)。利用明渠均勻流公式對(duì)南干渠現(xiàn)狀渠道過(guò)流能力進(jìn)行復(fù)核，南干渠渠道改造后南干閘至暗渠進(jìn)口閘段渠道過(guò)流能力不足。

圖1 南干渠平面位置示意圖

3 常用渠道改造技術(shù)研究

由于南干渠土質(zhì)主要是砂性土，滲流量較大，現(xiàn)由鋼筋混凝土板護(hù)坡，防水毯護(hù)底，結(jié)合東北地區(qū)氣候、土壤等條件，本次改造主要對(duì)干砌石、漿砌石、連鎖磚、鋼筋混凝土等技術(shù)進(jìn)行了研究分析。

3.1 干砌石

干砌石護(hù)坡一般用于坡比在1∶2.5～1∶3區(qū)間、坡度較緩、受水流沖刷較輕的坡面。干砌石護(hù)坡應(yīng)由低向高逐步鋪砌，要嵌緊、整平，鋪砌厚度一般采用30～50cm。干砌石護(hù)坡應(yīng)選擇材質(zhì)堅(jiān)實(shí)新鮮，無(wú)風(fēng)化剝落層或裂紋，表現(xiàn)無(wú)污垢、水銹等雜質(zhì)的石塊。石塊應(yīng)大致方正，上下面大致平整無(wú)尖角，石料的尖銳邊角應(yīng)鑿去。干砌石護(hù)坡層下鋪設(shè)10cm以上厚度的碎石、粗砂或砂礫作為反濾層，封頂用平整塊石砌護(hù)。

3.2 漿砌石

漿砌石是使用膠結(jié)材料的塊石砌體。漿砌石護(hù)坡一般應(yīng)用于坡比在1∶1～1∶2之間，或坡面下部可能遭受強(qiáng)烈水流沖刷的河段。漿砌石護(hù)坡由面層和起反濾層作用的墊層組成，面層鋪砌厚度為25～35cm，墊層厚度一般采用10～25cm。與干砌石相比，漿砌石護(hù)坡堵水性能較好，對(duì)邊坡坡比要求不高，使用范圍相對(duì)較廣。缺點(diǎn)是造價(jià)較高、生態(tài)性較差。

3.3 聯(lián)鎖磚

鉸接式聯(lián)鎖磚是一種由絞索穿孔連接的聯(lián)鎖型護(hù)坡系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由一組尺寸、形狀和重量一致的混凝土塊用若干絞索相互連接在一起形成的聯(lián)鎖矩陣，使相鄰單元連接為一體，共同抵御波浪和水流的沖擊。該系統(tǒng)外形美觀(guān)，具有一定的柔性，能較好地適應(yīng)溫度變化，自行調(diào)整凍脹變形。厚度在0.1～0.3m左右，適用于小水流情況下的土壤侵蝕控制。缺點(diǎn)是運(yùn)行管理難度較大，一塊脫落后會(huì)引起周邊大面積脫落。

3.4 鋼筋混凝土

鋼筋混凝土的主要材料有砂、石、水泥和鋼筋?；炷辆哂泻芎玫目箟盒裕踩脘摻顝浹a(bǔ)其抗彎性缺陷。鋼筋混凝土板具有強(qiáng)度高、糙率小、防風(fēng)浪效果好、防滲效果好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，在渠道襯砌中應(yīng)用廣泛。鋼筋混凝土板護(hù)坡厚度在0.1～0.12m左右，底板厚度在0.3～0.5m左右。混凝土板下層鋪設(shè)10cm素混凝土墊層。為適應(yīng)沉降變形，須設(shè)置伸縮縫。鋼筋混凝土材料缺點(diǎn)是造價(jià)高、生態(tài)效果差。

各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見(jiàn)表1。

表1 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較成果

4 渠道改造技術(shù)確定

4.1 渠道改造基本思路

本次渠道改造一是要盡量利用現(xiàn)有渠道，減少工程征占地；二是要降低渠道水深，確保767鐵路橋擴(kuò)孔后，能滿(mǎn)足排水要求。

從表1可知，鋼筋混凝土技術(shù)投資較其他改造技術(shù)投資高，但考慮到混凝土渠道糙率小，水流速度快，可有效降低渠道水深，提高排水能力；對(duì)坡比要求不高，通過(guò)變化渠道斷面型式，能減少占地，減少工程實(shí)施難度；防滲效果好，渠道水量損失小，可極大地提高工程灌溉效益；根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和工期要求，工程布置受渠頂寬度、渠內(nèi)水深制約，加之現(xiàn)澆混凝土具有整體性好的優(yōu)點(diǎn)，本次南干渠改造優(yōu)選現(xiàn)澆鋼筋混凝土技術(shù)。

4.2 分段確定改造技術(shù)

針對(duì)南干渠各段存在的不同問(wèn)題，分段確定改造技術(shù)方案。

4.2.1 南干閘至二環(huán)橋段

該段渠道現(xiàn)狀過(guò)流能力22m3/s，小于設(shè)計(jì)流量34m3/s，因新建調(diào)蓄湖，該段渠道須北移。受地形及現(xiàn)有建筑制約，須選擇糙率小、占地面積小、施工作業(yè)面小的技術(shù)方案，因此確定該段采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形槽，槽深2.30m，底板厚0.40m，邊墻頂寬0.30m，矩形槽凈寬15m，二環(huán)橋上游30m渠底寬度由15m漸變到25m。矩形槽上口較窄，其占地面積與相同流量的梯形斷面渠道相比減少約50%，施工作業(yè)面小，能很好地解決工程占地問(wèn)題，節(jié)約土地資源，為工程順利實(shí)施創(chuàng)造條件。

4.2.2 二環(huán)橋至暗渠進(jìn)口閘段

該段渠道現(xiàn)狀過(guò)流能力22m3/s，小于設(shè)計(jì)流量34m3/s，因此須增大渠道排水能力。767鐵路橋橋面底高程較低，現(xiàn)狀橋梁最大過(guò)流量20m3/s，受工程投資和工期限制，767橋不能抬高，只能擴(kuò)寬，以滿(mǎn)足過(guò)流要求。該段通過(guò)減小糙率來(lái)降低水位，改造時(shí)將原鋼筋混凝土板護(hù)坡全部拆除，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板全斷面襯砌渠道，設(shè)計(jì)渠底寬度13m，因部分渠段底寬不足13m，須將其進(jìn)行擴(kuò)寬，渠底采用30cm厚C25鋼筋混凝土板防護(hù)，每隔12m設(shè)置一處伸縮縫。邊坡采用10cm厚C25鋼筋混凝土板護(hù)坡，坡比1∶1.5，頂部設(shè)0.30m水平壓頂。為解決縱縫處混凝土板破損問(wèn)題，本次改造坡面不設(shè)置縱縫，每隔4m設(shè)置一道橫縫?；炷磷o(hù)坡以上按照坡比不陡于1∶2修坡整形，撒播草籽。

4.2.3 暗渠進(jìn)口閘至紅旗閘段

暗渠進(jìn)口閘至紅旗閘段現(xiàn)狀過(guò)流能力大于設(shè)計(jì)流量11m3/s，因此僅對(duì)現(xiàn)狀破損的混凝土板護(hù)坡進(jìn)行改造。本次改造取消原設(shè)計(jì)混凝板縱縫，避免水位變化對(duì)坡面的影響，采用10cm厚C25鋼筋混凝土板對(duì)兩岸邊坡進(jìn)行防護(hù)，頂部設(shè)0.3m寬壓頂，邊坡坡比、護(hù)坡長(zhǎng)度與原設(shè)計(jì)一致，每隔4m設(shè)置一道瀝青木板伸縮縫，護(hù)坡下設(shè)10cm厚C15素混凝土墊層?；炷磷o(hù)坡以上按照坡比不陡于1∶2修坡整形，撒播草籽。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以南干渠改造工程為例，在設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中以少占地、少動(dòng)遷，充分利用現(xiàn)有渠系工程為原則，統(tǒng)籌地上、地下空間布局，選擇梯形、矩形兩種斷面型式，采用鋼筋混凝土技術(shù)來(lái)降低渠道糙率，加大流速，減小水深，大大提高了渠道排水能力，同時(shí)保障了現(xiàn)有渠系交叉建筑物的安全，改善了民生，對(duì)于保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和安全具有重要作用。研究成果可為灌區(qū)改造工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考，為尋找城市排水出路提供方向，為解決老城區(qū)內(nèi)澇問(wèn)題提供思路，具有一定的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

受實(shí)際情況制約，文中推薦的鋼筋混凝土技術(shù)雖能解決排水工程問(wèn)題，但其生態(tài)性較差，隨著新產(chǎn)品、新材料的日益發(fā)展，相信會(huì)有更生態(tài)，防滲、抗沖、抗凍脹、耐久性好的材料應(yīng)用于渠道改造工程。同時(shí)，隨著施工工藝的不斷優(yōu)化，渠槽表面的粗糙程度也會(huì)得到控制，表面更光滑，相同過(guò)流量條件下可采用更小的渠道斷面，更利于節(jié)約土地，改善沿岸宜居的生態(tài)環(huán)境。