王震

摘要：本文以西干渠橫斷面設(shè)計(jì)為例，闡述了挖方渠道在地下水位埋深較淺時(shí)橫斷面設(shè)計(jì)方案比選方法。

關(guān)鍵詞： 渠道改造;橫斷面設(shè)計(jì);方案論證;

一、工程概況

陜西省交口抽渭灌區(qū)西干渠位于灌區(qū)西部，在總干渠4+191處設(shè)閘引水，南北走向，全長(zhǎng)12.26km，渠首設(shè)計(jì)流量3.77m3/s，承擔(dān)著西安市臨潼區(qū)、閻良區(qū)及渭南市臨渭區(qū)的相橋、田市、關(guān)山、康橋等四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)11.6萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉輸水任務(wù)，是灌區(qū)抗旱保豐收、建立“兩高一優(yōu)”農(nóng)業(yè)的重要工程設(shè)施。西干渠全線于2000～2001年利用世行貸款項(xiàng)目資金進(jìn)行了襯砌改造。由于區(qū)域地勢(shì)較低，地下水位埋深較淺，受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，該地區(qū)地下水位急劇上升，出現(xiàn)大面積明水，使渠堤長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中，由于凍脹及地下水頂托作用，導(dǎo)致該渠段渠堤內(nèi)坡多處滑塌，襯砌板拱起滑落，再加之近幾年夏灌的長(zhǎng)歷時(shí)、大流量、高強(qiáng)度運(yùn)行，渠道損毀情況進(jìn)一步加劇，影響正常運(yùn)行，西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段2.12km已列入交口抽渭灌區(qū)2017年續(xù)建配套節(jié)水項(xiàng)目進(jìn)行了改造。

二、渠道設(shè)計(jì)方案論證

1）平面布置

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察調(diào)研，認(rèn)為西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段原渠線平面布置合理，不需要進(jìn)行改線，工程平面布置維持原狀不變。

2）渠道縱斷面設(shè)計(jì)

西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段原設(shè)計(jì)比降為1/2000，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和調(diào)查分析，原設(shè)計(jì)比降合理，故維持原渠道設(shè)計(jì)比降不變。

3）渠道橫斷面設(shè)計(jì)

（1）橫斷面設(shè)計(jì)方案比選論證

西干渠1+965～2+981為興王站前深挖方渠段，設(shè)計(jì)流量3.77m3/s;4+985～6+893為小寨站前深挖方渠段，設(shè)計(jì)流量3.07m3/s。據(jù)灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，近幾年年內(nèi)除秋季外地下水埋深基本穩(wěn)定在3.3m左右，但8、9月份多雨季節(jié)地下水位會(huì)有較快上升。多年運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)渠岸地下水位急劇上升時(shí)，該渠段邊坡襯砌板在地下水揚(yáng)壓力作用下易發(fā)生滑塌，雖經(jīng)多次修復(fù)但解決不了根本問(wèn)題，嚴(yán)重威脅西干渠正常運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、調(diào)研分析，影響該段渠道邊坡穩(wěn)定的主要因素有以下幾個(gè)方面：

①高地下水給深挖方渠段邊坡穩(wěn)定帶來(lái)不利影響。當(dāng)?shù)叵滤簧仙^快時(shí)，會(huì)造成土體的軟化，在飽和狀態(tài)下其抗剪強(qiáng)度Cb、φb值降低，同時(shí)襯砌板在地下水揚(yáng)壓力作用下極易發(fā)生滑塌。

②勘察區(qū)⑵層土體為黃土狀土，⑶層土體為粉土，土體本身穩(wěn)定性差。

西干渠1+965～2+981段設(shè)計(jì)流量Q=3.77m3/s，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)于該段渠道橫斷面設(shè)計(jì)本次提出了以下三個(gè)方案進(jìn)行比選。

方案一：矩形過(guò)水?dāng)嗝?、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

該方案過(guò)水?dāng)嗝鏋榫匦?，采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。矩形斷面凈尺寸B×H=2.3m×2.4m，下部設(shè)置200mm×200mm倒角;側(cè)墻背水面為折線型，墻厚為0.3m～0.5m;底板厚0.4m，下設(shè)100mm厚C15素混凝土墊層、400mm厚碎石墊層。

方案二：弧腳梯形斷面、漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)

方案三：“U”型過(guò)水?dāng)嗝?、漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)

該方案橫斷面為“U”型，半徑2.5m，圓心角120°，渠深2.3m，采用漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)。擋墻頂寬0.3m，底寬6.14m，高2.7m，下設(shè)400mm厚碎石墊層。墻體采用M7.5水泥砂漿砌筑，M10水泥砂漿勾縫。

三種方案進(jìn)行比較：

方案一采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不僅整體性強(qiáng)、承載力高，抵抗外力條件好，且防滲效果佳，淤積量少，管理維護(hù)費(fèi)用低。雖然工程投資偏高，但使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)分析計(jì)算，若經(jīng)濟(jì)計(jì)算期取50年，方案一總費(fèi)用（工程投資+維護(hù)管理費(fèi)用）為601.34萬(wàn)元，方案二總費(fèi)用（工程首次投資+維護(hù)管理費(fèi)用+工程二次投資）為753.14萬(wàn)元，方案三總費(fèi)用（工程首次投資+維護(hù)管理費(fèi)用+工程二次投資）為836.92萬(wàn)元，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)分析，方案一更為經(jīng)濟(jì)。東干渠蒲陽(yáng)站前深挖方渠段2015年利用省財(cái)政專項(xiàng)資金項(xiàng)目、西干渠0+725～1+965、6+893～7+773段2016年利用續(xù)建配套節(jié)水項(xiàng)目資金進(jìn)行了改造，橫斷面均由弧腳梯形斷面、漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)改造為矩形過(guò)水?dāng)嗝妗25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，目前運(yùn)行情況良好。

方案二、方案三為漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，漿砌石勾縫多，結(jié)構(gòu)整體性相對(duì)較差;施工過(guò)程以人力為主，施工質(zhì)量不易保證;易破損，使用壽命相對(duì)較短，僅為混凝土結(jié)構(gòu)的一半。交口抽渭灌區(qū)北干渠北倪站、東干渠蒲陽(yáng)站、南王站等站前為深挖方渠段且地下水位較高，采用漿砌石襯砌，2011年持續(xù)強(qiáng)降雨，灌區(qū)地下水位急劇上升，出現(xiàn)大面積明水，站前渠道均水毀嚴(yán)重，內(nèi)坡土方垮塌，砌石邊坡破損滑落，渠道淤積極為嚴(yán)重，直接導(dǎo)致泵站無(wú)法正常開機(jī)引水。

在初設(shè)階段，經(jīng)多方研究反復(fù)論證，方案二、方案三不符合本次西干渠改造要求，方案一無(wú)論從整體性強(qiáng)、承載力高，抵抗外力條件都明顯優(yōu)于其他方案，故方案一為推薦方案。

結(jié)語(yǔ)：

2017年利用續(xù)建配套節(jié)水項(xiàng)目資金進(jìn)行了改造，橫斷面均由弧腳梯形斷面、漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)改造為矩形過(guò)水?dāng)嗝?、C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，目前運(yùn)行情況良好，渠道淤積減少，年節(jié)約渠道清淤整修用工費(fèi)用12萬(wàn)元，可恢復(fù)灌溉面積0.22萬(wàn)畝，改善灌溉面積1.20萬(wàn)畝，年增灌溉效益206.99萬(wàn)元。項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值365.24萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比1.16，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率10.31%。

陜西省交口抽渭灌溉中心 陜西 渭南 714000