雷明慧，袁素勤，趙倩輝

(1.四川省水利水電勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川水利職業(yè)技術學院，四川 成都 611231)

1 工程概況

武都引水工程在四川省江油市武都鎮(zhèn)以北約3 km 的涪江左岸燈籠橋取水，是以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪、通航、工業(yè)和城鄉(xiāng)供水的大型水利工程，武都引水灌區(qū)的范圍為北起龍門山和劍門山，南至射洪縣，西以涪江為界，東臨西河及升鐘灌區(qū)。武都引水工程的建設分兩期實施。武都引水一期工程于1988年動工興建，2000年底建成，包括武引取水樞紐、總干渠、涪梓干渠及相應的配套工程、沉抗囤蓄水庫，實現(xiàn)灌溉面積8.47萬hm2。武都引水二期工程分為武都水庫和武都引水工程二期灌區(qū)，目前武都水庫已經(jīng)建設完成。武都引水工程二期灌區(qū)包括西梓灌區(qū)和武都水庫直灌區(qū)。涉及梓潼、鹽亭、射洪、劍閣、南部和江油6縣(市)，二期灌區(qū)灌溉面積為7.02萬hm2。目前武引二期灌區(qū)工程已進入掃尾階段，一些經(jīng)驗和教訓值得我們深入學習和探討。

2 灌區(qū)設計

2.1 渠道線路的選擇

渠道線路的選擇應當根據(jù)總體規(guī)劃要求，選擇順直、地質(zhì)條件良好的渠段，根據(jù)允許的總水頭損失值與造價合理選擇建筑物的結構型式。渠線選擇應盡量避開房屋以減少移民搬遷，在臨近高壓線、重要管線或者有毒有害等位置時應當避開或者預留足夠的安全距離。渠線的選擇應進行多方案比選確定。武引二期灌區(qū)工程渠線所走線路為丘林地形，為了適應地形的變化，渠線選擇多數(shù)較為順直。需要注意的是在選線過程中應當注重實地調(diào)查，一些地埋式燃氣或者輸水管道等建筑物應當進行詳細調(diào)查，否則在后期實施過程中不可避免會產(chǎn)生一些調(diào)線工作或增加移民搬遷費用。

2.2 渠道水力學計算

渠道水力學計算是一個比較重要的內(nèi)容。建筑物斷面的選定一般是按照均勻流進行水力學計算[1]。根據(jù)渠道水面平順銜接是水面線計算一種比較常用的計算方法，由于不同建筑物水深不一致，因此通過調(diào)整建筑物底坡高度來使水面線平順銜接。此種方法首先應根據(jù)渠道設計流量對應的水深來確定建筑物底高程，然后利用加大流量來復核計算渠道的超高，此種設計思路比較常規(guī)，能夠充分利用水頭，缺點是在計算和施工過程中相對煩瑣，擬定的建筑物坡降與實際水平推求坡降不一致。而一些灌區(qū)工程在水力學計算中則采用底坡平順銜接的方式，即在建筑物發(fā)生變化的地方建筑物底板高度保持一致，僅在平面上做銜接漸變，此種計算方法由于不同建筑物水深的差別從而產(chǎn)生跌水或壅水現(xiàn)象，在計算和施工中都較方便，缺點是在允許水頭損失比較緊張的情況下不能充分的利用跌水水頭，且銜接段水流流態(tài)較差。武引二期灌區(qū)工程采用水面銜接的方式進行水面線計算，水流較為平順，不可避免會存在一些反坡，渠道通水結束后會有積水，不利于檢修維護。本文建議在規(guī)劃及可研階段的灌區(qū)設計采用底坡銜接的方式進行設計，在初設及施工圖階段采用水面平順銜接的方式進行設計相對合理。

2.3 渠系建筑物設計

2.3.1 明渠

灌區(qū)渠系建筑物中，明渠是最普遍、最適用的結構型式，由于它具有施工方便、投資較低的優(yōu)勢，因此在灌區(qū)渠系建筑物設計中，有條件的地方盡可能采用明渠設計。在明渠設計中可分為矩形明渠、梯形明渠、“U”型明渠等。矩形明渠大多數(shù)采用鋼筋混凝土結構，此類型渠道適應地形、地質(zhì)變化較好，局部地形或地質(zhì)不滿足設計要求的地方均可采用基礎處理的方式進行解決。需要注意的是，當存在地下水且地下水位較高時，應當計算復核浮力對渠道結構穩(wěn)定的影響，大多數(shù)矩形渠采用薄壁結構，因此抗浮一般情況下很難滿足設計要求。此時我們可以采取的工程措施有在底板設置抗浮錨桿、頂部增加蓋板回填土增加壓重、采取措施降低地下水位等。梯形明渠和“U”型明渠均可分為全挖、半挖、全填等結構形式，梯形明渠一般為素混凝土結構，在工程投資比較中具有較大的優(yōu)勢，但是由于渠道襯砌厚度不大，加之機械開挖和地質(zhì)情況等原因，在施工過程中經(jīng)常產(chǎn)生超挖超填的情況，引起工程量的增加從而產(chǎn)生合同糾紛。梯形明渠同樣要重點關注地下水位的情況，若地下水位較高可能會對面板產(chǎn)生拉裂破壞，因此在南水北調(diào)工程中渠身設置了逆止閥[2]。但是根據(jù)工程運行經(jīng)驗，逆止閥在含沙量大的渠段經(jīng)常出現(xiàn)堵塞和內(nèi)水外滲的現(xiàn)象，需要及時進行更換，給后期的運行和維護帶來麻煩。一些半挖或全填渠道，在渠道底部設置排水盲溝是比較常用的一種方式。武引二期灌區(qū)工程所處工程地質(zhì)條件總體為紅層地區(qū)，以砂、泥巖為主，由于泥巖遇水容易風化崩解，邊坡容易失穩(wěn)，原設計梯形明渠渠身坡比采用1∶0.75，根據(jù)現(xiàn)場實施情況建議將梯形明渠坡比適當調(diào)緩。

2.3.2 隧洞

根據(jù)灌溉任務要求，在線路選擇上當明渠長度超過隧洞長度的3倍時，一般選用穿隧洞線路較節(jié)約投資。隧洞的設計在滿足水頭的情況下，坡比一般陡于明渠坡比，以減少隧洞的斷面尺寸，同時應滿足最小施工斷面要求。需要注意的是在隧洞的設計中，為了避免已開挖成型的底板由于運輸機械的來回碾壓產(chǎn)生破壞，建議在隧洞結構混凝土底部設置10～20 cm混凝土墊層，用來保護隧洞底板基礎。即或者采取預留足夠的保護層厚度，但是會根據(jù)施工經(jīng)驗或者開挖方式的不同產(chǎn)生一定程度的超挖或欠挖，給后續(xù)施工帶來麻煩。對于長度較長的隧洞，根據(jù)施工組織計劃確定是否采用施工支洞從而增加施工作業(yè)面。部分較長的隧洞設置了施工期的臨時錯車道，結合施工以及后期運行管理經(jīng)驗，在長隧洞中可以保留一些錯車道，以減少由于超挖引起的回填混凝土量并兼做后期檢修和維護的錯車道。隧洞的進出口設計應遵循“早進洞，晚出洞”的原則，減少開挖從而減少征地和對生態(tài)環(huán)境的破壞[3]。針對水工無壓隧洞，環(huán)向結構縫一般設置了橡膠止水帶，原則上止水帶主要用于防止內(nèi)水外滲，因此止水帶僅做到渠道加大流量以上即可，但是在隧洞頂部根據(jù)規(guī)范要求需進行帷幕灌漿，在帷幕灌漿中若止水帶環(huán)向不封閉，漿液將從止水帶缺口處冒漿，因此建議后期在隧洞結構縫止水帶的設計中將止水帶做成閉合環(huán)狀結構，以避免灌漿的時候冒漿。施工期隧洞開挖過程中如遇洞內(nèi)含水量大，應設置施工期臨時排水孔。

2.3.3 渡槽

當灌區(qū)線路穿越溝谷地段時，一般采用渡槽或者倒虹管的形式穿越，在水頭有富裕的情況下一般采用倒虹管，在水頭比較緊張的情況下一般采用渡槽結構。渡槽基礎形式一般可分為板式基礎、樁基礎、拱式基礎等。需要注意的是根據(jù)規(guī)范要求簡支梁式渡槽一般7～10跨需設置一個加強墩，加強墩可以采用重力墩或者雙排架的形式。渡槽止水一直是一個比較受關注的問題，止水效果的好壞直接影響渠道的輸水功能，在常規(guī)的設計中止水形式有搭接與嵌縫對接型止水，目前常用的是壓板新型止水即“U型GB復合橡膠止水帶”[4]，止水帶與底部混凝土之間采用GB膠板粘接，此種形式的止水帶止水效果較好且易于拆除和更換，需要注意的是在與混凝土粘接時應保證結合面干凈、平整，注意施工的過程控制，才能達到較好的止水效果。

2.3.4 倒虹管

倒虹管的設計主要是水頭損失的計算和管材的選擇，應結合技術和經(jīng)濟對倒虹管管材進行比選，比較常用的倒虹管管材包括：PCCP管、鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土管等[5]。PCCP管是目前比較常用的管材，它具有對基礎要求較低，強度、剛度、抗沖擊、耐磨等力學性能較優(yōu)的特點，可以承受較大內(nèi)壓，但抗腐蝕性差需做陰極保護，由于其容重較大，在施工過程中施工難度較大。相比而言玻璃鋼夾砂管具有容重較輕、施工方便的特點，在一些工程中備受青睞，但是根據(jù)工程實施情況，特別是對于一些明管段存在老化嚴重的情況，且易受外界人為干擾破壞。對于小流量、低水頭的倒虹管推薦采用現(xiàn)澆混凝土管，施工方便、投資也更節(jié)約。倒虹管的設計中為了減少管道的老化以及人為破壞、盡可能對原土地恢復利用，在可能的情況下建議盡量采用埋管形式。為了使倒虹管在沖水過程中及時排空管道內(nèi)部空氣以及放空過程中避免管道內(nèi)形成負壓，需要在管線布置局部凸起的地方設置自動進排氣閥。為了放空以及沖砂需要在管道最低的地方設置排水閥用于放空和排沙。管道較長且管徑較大的管道應設置檢修進人孔，以便進入管道進行檢修和維護。

2.3.5 邊坡支護

大部分的渠道巖石邊坡常采用噴錨掛網(wǎng)支護，土質(zhì)邊坡采用框格梁進行支護，為了減少水土流失，保持生態(tài)美觀，可以在渠道邊坡設置一些生態(tài)植被或播撒草籽，對渠道永久邊坡起保護和美化生態(tài)的雙重作用。

3 結 論

本文對武引二期灌區(qū)工程設計過程中存在的一些問題進行了探討，對需要重點關注的地方進行了分析，可為今后的灌區(qū)工程設計提供借鑒。