陳 龍

（塔里木河流域巴音郭楞管理局開(kāi)都-孔雀河管理處,新疆 庫(kù)爾勒 841000）

0 引言

因年久失修、管理不到位,不少大中型灌區(qū)的灌溉效益日漸下降,完善灌區(qū)節(jié)水改造和續(xù)建配套的任務(wù)艱巨,為此找出適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖顑?yōu)改造方案至關(guān)重要[1]。灌區(qū)總體改造思路是結(jié)合灌區(qū)現(xiàn)狀,以干渠優(yōu)化改造為主線,重點(diǎn)考慮技術(shù)可行性和成本可控性,通過(guò)備選方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比,選擇最優(yōu)方案。

1 工程概況

博斯騰灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)南部的巴音郭楞蒙古自治州,地處開(kāi)～孔河流域平原區(qū)。現(xiàn)狀博斯騰灌區(qū)存在渠道凍脹破壞嚴(yán)重,渠系配套建筑物完好率低、損壞嚴(yán)重,用水效率不滿足要求等問(wèn)題,嚴(yán)重制約了農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和農(nóng)牧民收入。經(jīng)過(guò)查勘,骨干工程西干渠存在如下問(wèn)題：①渠道預(yù)制混凝土板未考慮抗凍指標(biāo),下部未鋪設(shè)防凍墊層。經(jīng)20 年的運(yùn)行,渠道混凝土板凍脹、垮塌破壞,渠道滲漏損失量大；②由于板間勾縫施工質(zhì)量差,板縫中生長(zhǎng)雜草致使嚴(yán)重阻水,渠道過(guò)流能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；③部分渠段邊坡板整體失穩(wěn)破壞,影響了渠道的正常運(yùn)行；④渠基土為粉土質(zhì)砂層,級(jí)配不良,渠道內(nèi)邊坡較陡,邊坡穩(wěn)定性較差。

2 渠道優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 渠道選線

本次擬改建渠道位于灌區(qū)內(nèi)部,渠道及渠系建筑物已經(jīng)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行需求運(yùn)行多年。渠線兩側(cè)基本為農(nóng)田、林帶或道路,原渠基土已經(jīng)固結(jié)穩(wěn)定。因此,設(shè)計(jì)渠道不再進(jìn)行重新選線和調(diào)整布置,渠道全部在原址上改建。

2.2 渠道縱斷面設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)為老灌區(qū),除部分渠段坡度較陡外,大部分渠段地形較為平坦,沒(méi)有大的起伏,地形坡降范圍為1/65～1/3543。西干渠沿線地形較為平坦,除部分渠段坡度較陡外,地形縱坡相對(duì)較緩。為保證渠道現(xiàn)有引水口引水要求及路面高程與渠道橋銜接,并使渠道工程量最省,避免土方大搬運(yùn),改建設(shè)計(jì)中,綜合考慮對(duì)原渠道不合理的縱坡進(jìn)行調(diào)整,以盡可能保證引水口水位及路面高程銜接為基本要求。

2.3 渠道邊坡設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)資料,灌區(qū)渠系土質(zhì)主要為粉土質(zhì)砂層、含細(xì)粒土砂層、級(jí)配不良砂層,渠道邊坡建議不小于1∶1.5。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)情況,施工難易程度,選用兩種內(nèi)邊坡襯砌方案：方案一：梯形斷面底板12 cm,邊坡選用1∶1.75的10 cm現(xiàn)澆混凝土板。方案二：梯形斷面底板12 cm,邊坡選用1∶1.5的10 cm現(xiàn)澆混凝土板。

2.3.1 渠道滲流計(jì)算

本次渠道滲流計(jì)算剖面根據(jù)地質(zhì)資料,選取8+300 典型斷面進(jìn)行渠道滲流穩(wěn)定計(jì)算。

（1）水位組合

本次滲流計(jì)算水位組合為：①正常運(yùn)用條件：渠道正常引水位（2.2 m）；②非常運(yùn)用條件Ⅰ：渠道加大引水位（2.4 m）；③非常運(yùn)用條件Ⅱ：渠道正常引水位（2.2 m）+Ⅷ度地震。

（2）計(jì)算參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘查試驗(yàn)資料,參考類似工程經(jīng)驗(yàn),滲透系數(shù)Kx選用見(jiàn)表1。

表1 滲流參數(shù)表

（3）計(jì)算結(jié)論

滲流計(jì)算采用河海大學(xué)AvtoBank7.07 軟件進(jìn)行計(jì)算,不同水位組合時(shí)壩體滲流計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 不同水位組合時(shí)壩體滲流計(jì)算成果表

根據(jù)表2 計(jì)算結(jié)果可知：在不同水位組合時(shí),渠道滲流量很少,下游渠坡出逸點(diǎn)出逸比降小于允許出逸比降,因此渠道設(shè)計(jì)1∶1.75 邊坡滲流滿足穩(wěn)定要求。

2.3.2 渠道邊坡穩(wěn)定計(jì)算

壩坡穩(wěn)定計(jì)算主要是復(fù)核渠道的邊坡穩(wěn)定情況,本次渠道剖面根據(jù)地質(zhì)資料,選取8+300 典型斷面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算,堤頂寬度為4 m,上游邊坡為1∶1.75及1∶1.5。

（1）計(jì)算工況

①正常運(yùn)用條件：正常引水位（2.2 m）右側(cè)邊坡；

②非常運(yùn)用條件Ⅰ：加大引水位（2.4 m）右側(cè)邊坡；

③非常運(yùn)用條件Ⅱ：正常引水位（2.2 m）+Ⅷ度地震的右側(cè)邊坡。

（2）計(jì)算參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘查資料,計(jì)算參數(shù)選用見(jiàn)表3。

表3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)匯總表

（3）計(jì)算結(jié)論

壩坡穩(wěn)定采用河海大學(xué)AvtoBank7.07 軟件進(jìn)行計(jì)算,不同計(jì)算工況時(shí)邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 不同計(jì)算工況時(shí)邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果可知：在不同計(jì)算工況時(shí),1∶1.75 渠道邊坡最小安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值,因此1∶1.75 渠道邊坡穩(wěn)定。而1∶1.5 渠道邊坡小于規(guī)范允許值,因此其不穩(wěn)定。設(shè)計(jì)采用渠道設(shè)計(jì)邊坡為1∶1.75。

渠道內(nèi)邊坡采用以上兩方案進(jìn)行比選,各方案分析如下,比選見(jiàn)表5。

表5 渠道邊坡方案比選表

方案一：邊坡為1∶1.75 現(xiàn)澆板,渠道投資較方案二高,邊坡現(xiàn)澆砼施工較方案二容易,渠道施工質(zhì)量有保障,渠道邊坡穩(wěn)定,運(yùn)行安全性高。

方案二：邊坡為1∶1.5 現(xiàn)澆板,渠道投資較方案一低,邊坡現(xiàn)澆砼施工較方案一困難,渠道施工質(zhì)量無(wú)保障,渠道邊坡不穩(wěn)定,渠道運(yùn)行安全性低。

綜合考慮工程的實(shí)際情況和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn),考慮到渠道流量大,渠深較深及邊坡穩(wěn)定性,本次設(shè)計(jì)采用方案一邊坡1∶1.75,作為本工程的渠道設(shè)計(jì)內(nèi)邊坡。

2.3.3 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

從施工方便程度和運(yùn)行管理上考慮,由渠道流量初步計(jì)算確定其斷面尺寸,以及斷面采用襯砌材料,工程設(shè)計(jì)渠道斷面形式采用梯形斷面。根據(jù)以上原則及項(xiàng)目區(qū)具體情況,擬定如下幾個(gè)方案,見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 方案一設(shè)計(jì)斷面

①方案一梯形斷面底板12 cm、邊坡10 cm 現(xiàn)澆砼板。

②方案二梯形斷面12 cm 底板現(xiàn)澆板、10 cm 邊坡預(yù)制砼板。

③方案三梯形斷面底板12 cm 現(xiàn)澆砼板、邊坡水位線以下10 cm現(xiàn)澆砼板,水位線以上利用5 cm厚舊板（原預(yù)制板）。

圖2 方案二設(shè)計(jì)斷面

圖3 方案三設(shè)計(jì)斷面

方案一：底板、邊坡均現(xiàn)澆板,渠道投資較方案三高,渠線位于農(nóng)區(qū),施工受灌溉影響大,施工工期緊,渠道安全性高,防滲效果好。

方案二：底板現(xiàn)澆板,邊坡預(yù)制板,渠道投資高,渠線位于農(nóng)區(qū),渠堤植物根系發(fā)達(dá),預(yù)制板間勾縫質(zhì)量不易保證,植物根系易頂出,渠道邊坡破壞嚴(yán)重,達(dá)不到渠道防滲效果。

方案三：底板現(xiàn)澆板,邊坡水位線以下現(xiàn)澆,以上預(yù)制舊板鋪設(shè),渠道投資較方案一、二低,渠線位于農(nóng)區(qū),施工受灌溉影響大,施工工期緊,施工工序較其它方案復(fù)雜。另渠道上部利用預(yù)制舊板,舊板砼強(qiáng)度為150 號(hào),無(wú)防凍、防滲要求,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,質(zhì)量不易保證。

設(shè)計(jì)綜合考慮工程的實(shí)際情況以及資金情況,渠道襯砌采用兩種方式,對(duì)于渠道3+500～4+434段由于其位于渠道上段,該段為險(xiǎn)工險(xiǎn)段,運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)渠堤跨塌破壞情況,每年灌溉季節(jié)運(yùn)行單位需投入大量人力、物力進(jìn)行護(hù)堤、巡堤,本次設(shè)計(jì)采用方案一,渠道4+434～23+800 段采用方案三。

3 結(jié)語(yǔ)

渠系改造設(shè)計(jì)中,比選分析不同方案時(shí)應(yīng)堅(jiān)決貫徹工程改建這一屬性,在盡量不擾動(dòng)原有選線和建筑物布點(diǎn)的前提下,重點(diǎn)考慮工程技術(shù)、占地和造價(jià)因素,以渠道水流流態(tài)良好,防滲和穩(wěn)定滿足規(guī)范要求為基礎(chǔ),綜合確定其縱橫斷面和襯砌方案,確保灌區(qū)改造效益得到充分發(fā)揮。