禹门口提水东扩工程输水渠道设计

史虹艳

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

禹门口提水东扩工程干线起点位于新绛县禹门口提水工程二级干渠光马渡槽末端，终点位于距翼城县城6.0 km的西梁水库，其间分别设置了向襄汾原井灌区供水支线、新绛供水提水支线、侯马和曲沃分水口、汾河生态补水输水支线、侯马北庄灌区分水口、浍河灌区供水支线等。在禹门口提水工程二级干渠桩号Q44+324处设置了向稷山汾南灌区供水支线。工程沿线共布置调蓄水库2座，提水泵站4座，主管线全长48.8 km，支管线总长20.0 km，输水干渠总长11.1 km，支渠总长34.3 km。工程分两期实施。

2 输水渠道设计

2.1 渠道糙率及纵向比降确定

由于所经地段为湿陷性黄土地区，为减少渗流损失，渠道内侧边坡、渠底均采用土工膜防渗处理后用C15预制混凝土面板护面。根据《渠道防渗工程技术规范》要求，结合前段工程经验，渠道糙率取0.016。二级干渠设计纵坡采用原设计纵坡。

2.2 光马渡槽末端—三泉支口渠道加高改造设计

此段禹门口二级干渠为3级建筑物，改造前后渠道设计流量分别为6.18 m3/s和6.5 m3/s，设计在原渠道纵坡、底宽不变的前提下进行加高改造。

2.2.1 渠道安全超高确定

根据《灌溉与排水工程设计规范》规定，渠道岸顶超高应按土石坝设计要求经论证确定。按照《碾压土石坝设计规范》，坝顶在水库静水位以上的超高计算公式：

式中：y——坝顶超高，m；

R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；

e——最大风壅水面高度，m；

A——安全加高，m。

根据工程设计水位计算取值，计算结果见表1。

表1 坝顶高程计算成果表

若采用《灌溉与排水工程设计规范》规定，按4，5级渠道建筑物岸顶超高公式：

式中：Fb——渠道岸顶超高，m；

hb——渠道通过加大流量时的水深，m。

若渠道通过加大流量时的水深取1.94 m，则计算得渠道安全超高为0.685 m。考虑到与前后渠道的衔接和工程造价问题，建议实际加高值为0.7 m。

2.2.2 渠道边坡

渠道为改造工程，挖方及填方段沿用原有渠道边坡系数，即填方渠道外边坡系数1∶1，挖方渠道渠堤以上开挖边坡1∶0.7；渠道内边坡系数均为1∶1.25。

2.2.3 渠道顶宽确定

参照《灌溉与排水工程设计规范》规定，渠道岸顶兼作交通道路时，其宽度应满足车辆通行要求。改造设计按照原渠道边坡不动加高0.5 m，若在原渠顶上直接加高，改造后的填方段一侧渠顶宽度最小为0.875 m，另一侧宽度最小为3.875 m，小于规范要求，因此设计参照《灌溉与排水工程设计规范》对岸顶进行加高培厚处理，以满足规范要求。

2.3 三泉支口—三泉水库渠道过水断面设计

渠道过水断面采用梯形断面，渠道水力计算采用明渠均匀流公式及水力最佳断面（窄深式）的宽深比公式等来确定干渠各断面水力要素，计算结果见表2。

表2 干渠分段水力要素

2.4 渠道不冲不淤流速验算

根据《灌溉与排水工程设计规范》，衬砌渠道设计平均流速宜小于允许不冲流速。二级干渠渠道的允许不冲流速按《灌溉与排水工程设计规范》取5 m/s；渠道设计最大流速满足不冲流速要求。

2.5 渠道标准断面设计

输水渠道横断面为梯形，采用C15混凝土预制板护面，板厚7 cm。预制板下部铺设1∶5灰砂垫层，厚 3 cm。垫层下为一布一膜的土工膜，膜厚0.22 mm，布重100 g/m2，防渗膜采用横向搭接，搭接宽度10 cm，并要求上游防渗膜压盖下游防渗膜。

由于地基土为湿陷性黄土，根据已建段二级干渠经验，进行夯实处理。渠堤顶部采用C15预制混凝土块压顶，宽30 cm、厚12 cm。填方渠道外边坡系数为1∶1。挖方渠道渠堤以上开挖边坡1∶0.7，渠堤以上开挖高度超过2 m时，在坡脚设M7.5浆砌石排水沟，排水沟采用梯形断面，底宽 40 cm，深 30 cm，边坡 1∶0.5，衬砌厚度30 cm。渠堤顶宽右堤5 m泥结石路面作为行车巡渠路，左堤2 m作为人行道。

2.6 渠道抗冻胀验算

输水渠道走向大致为东西走向，渠床土质为低液限粉土、黏性土类。该段渠线地下水埋藏较深，沿线渠床均不受地下水的影响。由《水工建筑物抗冰冻设计规范》可知，灌区标准冻土深27cm，最大冻土深61 cm，属季节性冻土。渠道抗冻胀设计根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》相关公式进行计算。

经计算可知，渠道设计冻深为：阴面47 cm，底面49 cm，阳面47 cm。土的冻胀量为：阴面0.52 cm，底面0.56 cm，阳面0.52 cm。

根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》规定，选取渠道横断面上的最大冻胀量为该衬砌渠道上最大冻胀位移值。即渠道为南北走向时，底面中部的冻胀量为最大位移值，0.56 cm。根据规范，梯形断面混凝土衬砌渠道允许冻胀位移值为10 mm；整体式U型渠道允许冻胀位移值为30 mm。渠道抗冻胀满足规范要求，不需要采取抗冻胀工程措施。

根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》和《渠道防渗工程技术规范》的要求，对于寒冷地区冬季过水渠道，混凝土抗冻等级要求达到F150，抗渗等级达到W6。

3 结语

禹门口东扩工程为山西省大型引调水工程，针对输水线路规模大、线路长、内容多的特点，输水渠道的设计在整个工程设计中起到了至关重要的作用，渠道建筑物的合理设计缩短了施工工期、减少了工程投资，运行管理更加便利，取得了很好的效果。