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摘要:新疆五團(tuán)灌區(qū)渠道現(xiàn)狀老化、破損嚴(yán)重,存在過水能力不足及水資源利用率低的問題,有必要對渠道進(jìn)行防滲改造。本文以新總干渠為研究對象,在進(jìn)行渠道縱、橫斷面設(shè)計(jì)及方案比選時(shí)充分考慮了技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性及工程實(shí)施后的運(yùn)行管理是否安全等情況,經(jīng)過渠道斷面設(shè)計(jì)和加固改造,將有利于充分發(fā)揮灌區(qū)工程效益。
關(guān)鍵詞:防滲改建;斷面設(shè)計(jì);方案比選;五團(tuán)灌區(qū);新疆
1工程概況
新疆五團(tuán)灌區(qū)是兵團(tuán)第一師的獨(dú)立中型灌區(qū)之一,位于天山支脈哈里克套山南麓,阿克蘇市以東56km,阿拉爾市以北104km,南疆鐵路、國道G314烏喀公路由東至西橫貫灌區(qū)。其地理位置東至玉爾滾山腳下,西鄰扎木臺(tái)鄉(xiāng),南至沙依科夫,北到鹽山口,東西寬17km,南北長44km,占地750km2,地理坐標(biāo)東經(jīng)80°47′15″~80°52′30″,北緯41°12′30″~42°00′00″,規(guī)劃總面積4.88萬hm2。
2新總干渠設(shè)計(jì)方案比選
五團(tuán)灌區(qū)骨干工程防滲改建的渠道是灌區(qū)剩余未進(jìn)行防滲的土渠和部分損壞嚴(yán)重的防滲渠,分布于灌區(qū)內(nèi)外,且較為分散。五團(tuán)新總干渠位于灌區(qū)北面,主要任務(wù)是從五團(tuán)龍口引水輸送至灌區(qū)下級(jí)渠系,滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉及生產(chǎn)需求,是五團(tuán)灌區(qū)的主動(dòng)脈。其余干、支、分支渠位于灌區(qū)內(nèi)部,是灌區(qū)的主要灌溉渠道。五團(tuán)灌區(qū)新總干渠于2000年修建,因受當(dāng)時(shí)條件限制,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低,建成交付投運(yùn)起,渠道渠水內(nèi)含推移質(zhì)較多并且渠道流速大,存在石塊的撞擊、磨損損壞等情況,造成渠道部分渠段損壞。根據(jù)現(xiàn)狀運(yùn)行管理情況,渠道實(shí)際運(yùn)行流量達(dá)不到設(shè)計(jì)流量,制約著五團(tuán)農(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展。
2.1縱斷面設(shè)計(jì)
新總干渠位于山前沖洪積扇,地勢較陡,渠道縱坡較陡,縱斷面設(shè)計(jì)面臨最大問題是控制渠道流速,減少對渠道的沖刷。設(shè)計(jì)不僅要考慮流速滿足規(guī)范要求,而且避免土方大量開挖和回填,同時(shí)滿足渠道保留建筑物高程及上下游水位的銜接問題,以及現(xiàn)狀渠道4+000~11+500出現(xiàn)損壞的問題,綜合比較分析,進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)。如何控制渠道流速是渠道縱、橫斷面結(jié)構(gòu)型式選擇的關(guān)鍵,初步設(shè)計(jì)階段提出如下三個(gè)方案進(jìn)行比較[1-6]。(1)方案一:縱坡與原渠道設(shè)計(jì)縱坡保持一致。干砌卵石座漿灌漿+現(xiàn)澆混凝土斷面形式在渠水中含推移質(zhì)顆粒較多的渠道上使用較多,從目前五團(tuán)、四團(tuán)已使用的渠道運(yùn)行情況來看,該方案渠道抗磨、抗沖刷能力較強(qiáng),運(yùn)行效果較好,比較成功。因此,五團(tuán)新總干渠從工程實(shí)用、運(yùn)行安全、管理方便、水流流態(tài)、工程占地等方面綜合考慮,縱斷面與現(xiàn)狀渠道設(shè)計(jì)縱坡保持一致,通過優(yōu)化橫斷面型式,提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),以滿足渠道安全運(yùn)行的需要。(2)方案二:增設(shè)陡坡方案(干砌卵石座漿灌漿+現(xiàn)澆混凝土斷面)。將0+000~11+500段縱坡由1/57~1/75減緩至1/100,調(diào)坡盡量控制土方工程量,避免大挖大填,原則控制設(shè)計(jì)堤頂不得高于實(shí)測現(xiàn)狀地面3m,且設(shè)計(jì)渠底不低于實(shí)測現(xiàn)狀地面3m,全段增設(shè)陡坡進(jìn)行調(diào)坡,優(yōu)化橫斷面形式。此方案同樣采用干砌卵石座漿灌漿斷面形式,糙率取實(shí)測n=0.0275,按此方案需每隔600m增設(shè)一處陡坡,增加底寬,降低設(shè)計(jì)水深,減小流速至2.65~2.96m/s之間。(3)方案三:增設(shè)陡坡方案(全斷面現(xiàn)澆混凝土)。此方案全斷面采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌,因混凝土板的糙率n=0.015,糙率較小,要控制渠道流速,只有通過調(diào)緩渠道縱坡,才能達(dá)到減小渠道流速的目的,新總干渠0+000~11+500段縱坡由1/75~1/57減緩至1/200,調(diào)坡方案基本同方案二一致,按此方案需每隔350m增設(shè)一處陡坡,優(yōu)化橫斷面形式。設(shè)計(jì)流速在3.46~4.13m/s之間。(4)方案比較。根據(jù)上述三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合分析,方案二和方案三增設(shè)陡坡較多,運(yùn)行過程中容易造成渠道水流形態(tài)紊亂,后期運(yùn)行上存在安全隱患,且土方工程量較大,結(jié)合新總干渠的現(xiàn)狀運(yùn)行情況,從投資、施工難易程度、新增占地等各方面綜合分析,方案一均具有明顯的優(yōu)勢。所以本階段,推薦方案一為新總干渠防滲改建縱斷面設(shè)計(jì)方案。
2.2橫斷面設(shè)計(jì)
經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查,以新總干渠存在的實(shí)際問題及現(xiàn)狀為切入點(diǎn),擬定如下三個(gè)方案。(1)方案一:拆除原渠道重建。將原渠道干砌卵石座漿灌漿+混凝土板全部拆除,將渠道設(shè)計(jì)底寬由3.5m加寬至6.0m、降低設(shè)計(jì)水深,達(dá)到降低渠道設(shè)計(jì)流速的目的。渠底、設(shè)計(jì)水位以下邊坡、渠底均采用干砌卵石座漿灌漿護(hù)砌,厚度為35cm,卵石頂高于縫面3~5cm,卵石下設(shè)5cm砂漿墊層,設(shè)計(jì)水位以上邊坡采用C30現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌,板厚10cm;砂漿墊層及現(xiàn)澆混凝土板下采用塑膜(膜厚0.5mm),膜下設(shè)5cm粗砂找平層,渠道設(shè)計(jì)內(nèi)、外邊坡均為1∶1.50,綜合考慮運(yùn)行管理、日常維護(hù)需要,將左堤作為管理道路,寬度5m并鋪設(shè)砂礫石,右堤寬度3m,橫斷面采用寬淺式梯形斷面。(2)方案二:保留原渠道,對渠底、弧形坡腳灌漿加固。保留原渠道斷面,在原斷面上進(jìn)行加固。對原斷面進(jìn)行清洗,在渠底和弧形坡腳上鋪設(shè)干砌卵石座漿灌漿,厚度為35cm,坡腳至坡頂采用C30混凝土,坡腳混凝土厚度35cm、坡頂混凝土厚度22cm,渠道設(shè)計(jì)內(nèi)坡由現(xiàn)狀1∶1.50調(diào)整為1∶1.75,外坡1∶1.50。綜合考慮運(yùn)行管理、日常維護(hù)需要,將左堤作為管理道路,寬度5m,并鋪設(shè)砂礫石,右堤寬度3m,橫斷面采用弧形坡腳、梯形斷面。(3)方案三:保留原渠道,對渠底、弧形坡腳加固。保留原渠道斷面,在原斷面上進(jìn)行加固。對原斷面進(jìn)行清洗,渠底、弧形坡腳、邊坡現(xiàn)澆C30混凝土板襯砌,渠底、坡腳混凝土厚度25cm,坡頂混凝土厚度10cm。渠道設(shè)計(jì)內(nèi)坡由現(xiàn)狀1∶1.50調(diào)整為1∶1.75,外坡1∶1.50。綜合考慮運(yùn)行管理、日常維護(hù)需要,將左堤作為管理道路,寬度5m,并鋪設(shè)砂礫石,右堤寬度3m,橫斷面采用弧形坡腳、梯形斷面。(4)方案比較。根據(jù)上述三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)綜合分析,方案一渠底、邊坡(設(shè)計(jì)水位以下)采用干砌卵石座漿灌漿結(jié)構(gòu)型式,此方案卵石所需量較大,卵石采集難度大、砌石工作量大,并且砌石施工要求較高,一定程度上增加了施工難度。方案三工程造價(jià)高,部分渠段縱坡較陡,設(shè)計(jì)流速3.69~5.50m/s之間,流速超過規(guī)范要求3.00~5.00m/s之間。上述三個(gè)方案從施工工期、質(zhì)量保證、防沖耐磨等方面綜合分析方案二均具有明顯的優(yōu)勢,確定方案二為新總干渠防滲改建橫斷面設(shè)計(jì)的推薦方案。
2.3新舊混凝土間隙處理方案比選
新總干渠橫斷面推薦方案是在原渠道渠底、弧形坡腳采用干砌卵石座漿灌漿加固、邊坡采用現(xiàn)澆混凝土板加固,但是原預(yù)制混凝土邊坡板與設(shè)計(jì)現(xiàn)澆混凝土板之間的距離僅為24cm,需進(jìn)行處理,本次擬定兩個(gè)方案進(jìn)行比較:①原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除。②原渠道預(yù)制混凝土邊坡保留。方案一:原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除,并且在原干砌卵石座漿灌漿邊坡頂橫向挖進(jìn)1.5m,然后人工回填砂礫石,經(jīng)過碾壓、處理后,再修建設(shè)計(jì)現(xiàn)澆混凝土邊坡。方案二:原渠道預(yù)制混凝土邊坡保留,將設(shè)計(jì)現(xiàn)澆混凝土邊坡板加厚,填充新、舊混凝土邊坡板24cm的間隙。根據(jù)上述兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)綜合分析,方案二原渠道預(yù)制混凝土邊坡保留,將設(shè)計(jì)現(xiàn)澆混凝土邊坡板加厚,填充新、舊混凝土邊坡板24cm的間隙,導(dǎo)致此處設(shè)計(jì)混凝土板厚度增加至47cm,且這部分渠道在設(shè)計(jì)水位以上,設(shè)計(jì)水位時(shí)不過流,只做為安全超高部分,所以此方案造成C30混凝土的浪費(fèi),且形狀不規(guī)則,增加了施工的難度,質(zhì)量不易控制,方案一將原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除,回填砂礫石,相對方案二造價(jià)低,且施工難度小,具有明顯的優(yōu)勢。綜合分析考慮,確定方案一為新總干渠新、舊混凝土間隙處理方法。
3結(jié)論
(1)通過后期運(yùn)行狀況、經(jīng)濟(jì)合理性、施工可操作性綜合考慮,新渠道縱坡與原渠道一致的方案由于渠道抗磨、抗沖刷能力較強(qiáng),運(yùn)行效果較好,推薦為縱斷面設(shè)計(jì)方案。(2)根據(jù)工程技術(shù)可行性、施工難易性、經(jīng)濟(jì)合理性考慮,推薦“保留原渠道,對渠底、弧形坡腳灌漿加固”的橫斷面設(shè)計(jì)方案。(3)由于原渠道預(yù)制混凝土邊坡拆除具有造價(jià)較低、施工難度小的優(yōu)點(diǎn),推薦為新舊混凝土間隙處理方案。(4)新總干渠防滲工程改建,提高了渠道輸水能力與安全性,改善灌區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施,對五團(tuán)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
作者:何毅 單位:阿克蘇塔河源勘測設(shè)計(jì)院有限公司