某水庫引水渠重建設(shè)計(jì)比選分析

苗 磊

(臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000)

0 引 言

水庫是區(qū)域性水利工程，一般擔(dān)任著地方農(nóng)田灌溉、防洪排澇、水產(chǎn)養(yǎng)殖等任務(wù)。引水渠工程是水庫系統(tǒng)的重要組成，對于補(bǔ)充、調(diào)節(jié)水庫水量有著決定作用。但很多地區(qū)引水渠年久失修，造成滲漏嚴(yán)重，浪費(fèi)大量水資源。而且受制于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)和施工水平，很多地區(qū)并沒有過多考慮防凍脹設(shè)計(jì)，使渠道壽命嚴(yán)重縮短，經(jīng)濟(jì)和社會效益較差。

1 工程概況

臨沂市某水庫為一座灌注式水庫，水庫總庫容552×104m3，死庫容102×104m3，調(diào)洪庫容30×104m3。工程規(guī)模為Ⅳ等小(Ⅰ)型，主要建筑物有土質(zhì)大壩、放水洞兼導(dǎo)流洞、溢洪道等，均為4級建筑物，水庫引水渠為5級建筑物。該水庫工程的主要任務(wù)是為附近0.12×104hm2農(nóng)田提供灌溉用水，設(shè)計(jì)每年提供水量679.42×104m3。原引水渠工程已有超過30年歷史，斷流嚴(yán)重，多處為土質(zhì)渠道，且覆蓋面無法滿足需要。因此，相關(guān)部門決定對該水庫引水渠工程進(jìn)行重建。

2 渠線布置方案設(shè)計(jì)比選

2.1 渠線布置方案設(shè)計(jì)

渠線布置是整個(gè)引水渠工程基礎(chǔ)，是直接決定投資成本、工期等的重要因素。根據(jù)本項(xiàng)目所處區(qū)域地形地質(zhì)狀況，提出以下3種渠線布置方案：

方案一：干渠采用明渠輸水，總長度4.01 km，其中平緩段3.268 km，陡坡段0.742 km。建筑物共12座：分水閘1座、交通橋6座、渡槽1座、涵洞1座、消力池2座，陡坡1座。首段0+000～2+800渠道在老渠道基礎(chǔ)上改建，技術(shù)難度、工程量較小；2+800～3+268渠段沿水庫南岸布置。為防止?jié)B水引起庫岸塌落，設(shè)計(jì)渠道距庫岸30 m以上。該方案部分渠道線路位置較高，挖方較大，設(shè)計(jì)坡度較大段采用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

方案二：干渠采用明渠與管道結(jié)合輸水，其中明渠長2.55 km，輸水管道段長1.455 km。建筑物共8座：分水閘1座、交通橋3座、涵洞2座、管道進(jìn)口沉砂池1座、管道出口消力池1座。首段0+000～2+550段采用老渠道基礎(chǔ)，技術(shù)難度、工程量較小；2+550～3+100段為DN1500預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管道，管道沿水庫上壩道路布置，鋪設(shè)難度小；2+550～4+005段管道沿自然溝底部布置。

方案三：盡量利用老渠線位置，在其基礎(chǔ)上擴(kuò)建改造，其后鋪設(shè)1.5 km輸水管道。沿線建筑物共5座：分水閘1座、交通橋2座、管道進(jìn)口沉砂池1座、管道出口消力池1座。引水渠0+000～2+550均位于老渠槽內(nèi)，渠床穩(wěn)定，但渠道均位于深溝內(nèi)，溝底狹窄，改擴(kuò)建難度大；2+550～3+100段采用DN1500預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管道，鋪設(shè)于自然沖蝕溝道內(nèi)，兩岸狹窄陡峭，施工機(jī)械進(jìn)出困難，必須做好防沖、防塌處理，施工難度及工程量較大。

2.2 渠線布置方案比選分析

以上3種渠線方案優(yōu)缺點(diǎn)及投資分析見表1。

表1 3種渠線布置方案比選分析

通過詳細(xì)比較，方案一具有引水保障程度高、便于檢查維修、運(yùn)行安全可靠、投資少等優(yōu)點(diǎn)[1]。因此，本項(xiàng)目推薦采用方案一明渠輸水作為最終施工方案。

3 引水渠道參數(shù)設(shè)計(jì)分析

3.1 工程地質(zhì)條件分析

該水庫引水渠道位于低中山丘陵區(qū)，通過巖性主要為第四系風(fēng)積黃土，土層物理性質(zhì)見表2。

通過實(shí)地調(diào)研，淺部濕陷系數(shù)δ=0.021～0.024，且隨深度增加濕陷性逐漸減弱，最大總濕陷量Δs=180 mm，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)[2]。

根據(jù)顆分資料，干渠絕大部分處于重粉質(zhì)壤土層內(nèi)，其粒徑小于0.075 mm顆粒含量遠(yuǎn)大于10%，屬凍脹土[3]。修建水工建筑物時(shí)建議作換填或強(qiáng)夯處理，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=100～130 kPa。

表2 引水渠段風(fēng)積黃土層物理性質(zhì)試驗(yàn)成果匯總表(部分)

3.2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

由于本項(xiàng)目新建干渠需考慮防凍脹要求，參照其他工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)在渠道砼板下鋪設(shè)厚40 cm戈壁墊層。渠道內(nèi)邊坡坡度為1∶1.5，外邊坡坡度為1∶1.5，渠道堤頂寬度左邊為4 m，右邊為2.5 m[4]。

為充分利用水資源，同時(shí)綜合考慮防沖、防凍脹、邊坡穩(wěn)定、維修方便等因素，渠道橫斷面從“預(yù)制砼六棱板襯砌”和“現(xiàn)澆砼板”兩種方案進(jìn)行比選，具體如下：

方案一：預(yù)制砼板梯形斷面

渠道全斷面采用厚6 cm的C25F200W6預(yù)制六棱砼板護(hù)砌，板下設(shè)置土工布(一布一膜，膜厚0.3 mm，布重300 g/m2)，土工布下設(shè)M5砂漿鑿平層2 cm，下鋪設(shè)戈壁墊層。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 預(yù)制砼板梯形斷面示意圖

方案二：現(xiàn)澆砼板(細(xì)石砼砌卵石底板)梯形斷面

渠道底部采用厚10 cm的C25F200W6現(xiàn)澆砼板護(hù)砌，邊坡采用厚10 cm的C25F150W6現(xiàn)澆砼板護(hù)砌，板下設(shè)置土工布(一布一膜，膜厚0.3 mm，布重300 g/m2)，土工布下設(shè)M5砂漿鑿平層2 cm，下鋪設(shè)戈壁墊層[5]。現(xiàn)澆砼板2.5 m設(shè)一橫縫，在現(xiàn)澆砼板與底板縱梁結(jié)合處設(shè)縱縫，縫寬2 cm，采用聚氨酯砂漿填縫。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面結(jié)構(gòu)見圖2。渠道襯砌型式比選見表3。

圖2 現(xiàn)澆砼板梯形斷面示意圖

表3 渠道襯砌型式比選

通過對上述兩種方案的建筑材料、施工條件、工期、運(yùn)行管理及投資等方面的比較，方案二具有防滲、防沖、抗凍脹效果好、投資省等優(yōu)點(diǎn)。因此，本次推薦方案二現(xiàn)澆砼板梯形斷面為最終設(shè)計(jì)方案。

3.3 渠道縱斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)灌溉需求，本干渠設(shè)計(jì)引水流量Q=1.2～1.5 m3/s。根據(jù)各渠段設(shè)計(jì)流量、地層巖性、地下水位、防凍要求、土方工程量等因素，結(jié)合理論計(jì)算，確定引水干渠0+000～2+614段縱坡為1/430，2+614～3+268渠段縱坡為1/300。按照“明渠均勻流”計(jì)算相關(guān)參數(shù)，公式見式(1)[6]，計(jì)算成果見表4。

(1)

式中：A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；n為渠床糙率，取值0.017；R為渠道水力半徑，m；i為水力比降。

表4 渠道設(shè)計(jì)要素表

4 結(jié) 語

渠道系統(tǒng)對于發(fā)揮水庫作用意義重大，但目前很多地區(qū)的中小型水庫工程對于渠道的重要性認(rèn)識不足，普遍存在渠道壽命短、規(guī)格不滿足實(shí)際需求、村民對渠道肆意破壞等問題。本文根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況，對渠線選擇、防凍脹、橫縱斷面結(jié)構(gòu)等均進(jìn)行了詳細(xì)說明分析，有效解決了0.12×104hm2農(nóng)田的灌溉問題。