窯里灌區續建配套與節水改造項目設計綜述

廖 強

(新干縣河道圩堤維護服務中心,江西 吉安 331300)

1 工程概況

窯里灌區位于江西省新干縣境內,是一個以窯里水庫為龍頭,25座小型水庫和27座引水陂為補充的多水源蓄、引水灌溉工程。按灌渠劃分為4個片:何陂片、南干渠片、北干渠片(包括路陂支渠)、灌莊片。窯里灌區現有干渠三條長85.813km,支渠1條總長29.16km。全灌區設計灌溉面積5600hm2,現有水利設施實際灌溉面積為4900hm2,尚有700hm2耕地得不到灌溉。

2 灌區存在的主要問題

2.1 南、北干渠“卡脖子”問題

窯里灌區是以窯里水庫為龍頭,25座小型水庫和27座引水陂為補充的多水源蓄、引水灌溉工程。由于渠道淤塞及缺乏工程措施,窯里水庫水目前僅能到達南干渠樁號14+280、北干渠樁號26+890和路陂支渠樁號5+285,下游農田主要靠水庫、山塘和水陂灌溉,無法從窯里水庫受益。窯里灌區南、北干渠由于缺乏工程措施,致使窯里水庫水流不到下游渠道,存在“卡脖子”現象。

2.2 渠道斷面不滿足要求

由于灌區經過多年運行,現有渠道底寬不均,局部渠道斷面偏小,影響渠道過流能力。

2.3 渠道滲漏

南干渠、北干渠渠道大多坐落在壤土、礫質壤土、粉質壤土基礎上,渠道大多數未襯砌,現有渠道大部分繞山而建,部分渠道底高程高于附近村莊高程。

2.4 渠道淤積

由于灌區干渠經過多年的運行,灌區渠道大多為傍山渠道,渠道兩邊植被較差,水土流失嚴重,渠道淤積較嚴重,渠內雜草叢生。

2.5 建筑物

渠系建筑物經多年運行后,局部混凝土老化剝落,原橡膠止水帶老化,建筑物漏水嚴重。

3 渠道防滲襯砌工程設計

3.1 渠道襯護處理

渠道防滲材料選擇結合灌區實際情況,選擇三種不同材料的護面防滲進行比較:①現澆混凝土板襯砌防滲;②漿砌塊石襯砌防滲;③埋鋪式膜料(土工膜)防滲。根據規范,3種防滲材料的防滲效果及適用條件見表1。

表1 渠道各防滲方案基本情況表

渠道各防滲方案基本情況表,見表2。

表2 渠道防滲材料優缺點比較表

綜上從材料的防滲效果、耐久性及造價,本次渠道加固設計選用C20混凝土現澆混凝土護坡、護底方案,厚度150mm。

3.2 塌方段渠道加固

本次加固的塌方段(南干、北干、路陂支渠、灌莊支渠)渠道多為填方渠道,部分渠段緊鄰村莊,由于現狀邊坡陡,為減小開挖,方便施工,盡可能減少工程占地,主要擬采用C20混凝土貼坡或擋墻護岸處理。灌莊渠道段由于渠道坡降較大,渠道塌方較嚴重,該段渠道塌方段設計對局部坍塌處采用擋墻襯砌,塌方較嚴重且線路較長段采用管道或箱涵連接。對于局部高邊坡渠道,且離村莊較近段,為保障渠道正常通水及附近村民安全,采用C25鋼筋混凝土箱涵[1]。

4 主要渠系建筑物改造設計

4.1 渡槽加固設計

灌區干、支渠上共有16座渡槽,由于運行多年,棠木和槐田渡槽原橡膠止水老化,漏水嚴重,擬對棠木和槐田渡槽進行加固處理,對現有止水進行更換,并對現有排架破損處外包鋼筋混凝土加固,止水老化處焊接鋼板,并用水泥砂漿填縫。在渡槽上游側設溢流堰,堰底與現有排洪溝連接,堰泄流凈寬3m,堰頂寬0.8m,坡比為1∶1,堰頂高程為渠道加大水位高程。槐田渡槽位于南干渠樁號1+315處,設計過流量2.84m3/s,渡槽長68m,現狀槽身寬2.0m,高1.6m;棠木渡槽位于北干渠樁號16+947處,設計過流量1.19 m3/s,渡槽長40m,現狀槽身寬1.3m,高1.5m。

4.2 倒虹吸管加固設計

倒虹吸管經過多年的運行,除了局部伸縮縫發現有漏水外,還未發現其結構存在安全隱患的現象,說明原倒虹吸管結構是滿足設計要求的,因倒虹吸管橡膠止水老化和局部洞身混凝土老化嚴重,局部已出現漏水現象,所以本次加固對伸縮縫進行處理。

倒虹吸管局部管身混凝土沖淘、老化較嚴重,對管身過水斷面采用丙乳砂漿進行補強處理,對老化特別嚴重的管身采用外包混凝土,混凝土標號為C25,且外包混凝土加配φ12@100的雙層鋼筋。

4.3 泄水閘拆除重建設計

本次需加固的泄水閘有13座,其中南干渠1座,北干渠2座,路陂支渠10座,路陂支渠10座泄水閘存在的主要問題是啟閉機等設備老化或閘門銹蝕變形嚴重,擬更換閘門及啟閉機。南干渠礦場泄水閘由于地面沉降,其原建筑破損嚴重,擬拆除重建。北干渠七里崗泄水閘當渠道水位較高,開閘泄水時其右側啟閉柱與平臺交界處已斷裂;船形泄水閘泄水時其閘門發生側翻[2]。

本次加固設計對路陂支渠泄水閘更換或安裝閘門及啟閉機設施,增設啟閉房等配套設施;對其余三座存在險情泄水閘閘拆除重建。重建、改造后的節制閘閘門統一采用鑄鐵閘門控制,手搖式螺桿式啟閉機啟閉。節制閘啟閉機房均采用磚混結構,設有啟閉機房,框架柱、樓板、梁均采用C20現澆鋼筋混凝土結構,圍護墻為120厚眠磚到頂,采用M10、M7.5水泥砂漿砌筑。工程為二類建筑,建筑防火等級為二級,建筑物使用年限為50a。為方便管理在閘室上部加設啟閉機房,啟閉機采用磚混凝土結構,單層結構,層高3.0m[3]。

現以礦場泄水閘為例,對各泄水閘過流能力及結構進行設計計算。礦場泄水閘原閘門孔口尺寸為2m×2m(寬×高),集水面積0.54km2,5a一遇洪峰流量為2.25m3/s,10a一遇洪峰流量為4.43m3/s,南干渠設計流量為3.43 m3/s。

4.3.1 過流能力及閘孔總凈寬計算

依據《水閘設計規范》,對平底閘,當為堰流時,根據設計流量計算閘孔總凈寬,經試算,原閘門孔口尺寸寬2.0m,高2.0m滿足過流要求。

4.3.2 閘室穩定復核及計算

閘室抗滑穩定計算成果見表3。

表3 閘室抗滑穩定計算成果表

計算結果表明,各工況下抗滑穩定安全系數大于規范允許值,設計成果滿足要求。

經計算,閘室翼墻抗傾覆穩定安全系數為2.41,大于規范允許值,滿足要求。

4.3.3 消能防沖計算

本次設計泄水閘消能方式均采用底流式消能,底流式消能設施通常為消力池,其作用是促成水躍,并保護地基免受沖刷。消力池的設計主要是計算確定消力池的深度、長度和消力池底板厚度。

經計算,10a一遇洪水時,礦場泄水閘最大消力池深為0.41m,最大池長7.42m,底板厚0.39m。本次設計消力池池深取0.5m,池長取7.5m,底板厚取0.5m。

4.4 分水閘(涵)拆除重建設計

根據灌區實際需要以及節約水資源,擬新建分水閘15座,其中南干渠5座,北干渠5座,路陂支渠5座(涵管3座,閘2座)。

根據各涵管的控灌面積,復核其相應的管徑。分水閘的過流能力水力計算與泄洪閘相同。分水閘由進口段,閘室段等組成。進口段邊墻采用C20混凝土砌筑,底板采用C20混凝土澆筑,底寬同支渠底寬,閘室段邊墩采用C20混凝土澆筑,頂寬500mm,底板采用C20混凝土澆筑,閘門采用鑄鐵閘門,啟閉機采用手電兩用螺桿式啟閉機。窯里灌區主要建筑物工程處理匯總表(分水閘),見表4。

表4 窯里灌區主要建筑物工程處理匯總表(分水閘)

5 結 語

窯里灌區續建配套與節水改造項目實施發揮效益后,使灌區內水源得以保證,將實際灌溉面積提高到設計灌溉面積;復種指數由2.15提高到2.45;渠系水利用系數由0.45提高到0.65。

項目實施后,將使整個灌區形成一個統一的灌溉渠網,提高灌溉保證率,使農作物免受干旱威脅,顯著提高了農作物產量,增加了農民收入,經濟效益顯著。