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穿河涵洞在某工程中的设计和应用

2014-01-21刘泓崴

黑龙江水利科技 2014年7期
关键词:改建工程渡槽涵洞

刘泓崴

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院,新疆巴音郭楞841000)

穿河涵洞在某工程中的设计和应用

刘泓崴

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院,新疆巴音郭楞841000)

灌区水利工程建设关系着灌区的经济发展与人们的正常生活。近年来,我国新疆各灌区的水利工程改扩建项目越来越多,无论从工程规模还是从技术要求方面,都给相关的设计与施工带来了一定难度。穿河涵洞作为河道工程的节点,能够有效保护河道下游构筑物的安全、可靠运行。文章结合若羌县吾塔木乡渡槽改建工程实例,对穿河涵洞的设计及应用问题进行探讨。

穿河涵洞;河道工程;涵洞设计;设计;应用

1 工程概况

若羌县吾塔木乡渡槽改建工程位于巴音郭楞蒙古自治州若羌县境内。该工程座落于若羌县城以南8 km处的吾塔木乡干渠上,横穿若羌河,该处属若羌河中游段,河床宽约300 m。本工程设计流量为2 m3/s,加大流量为2.5 m3/s。工程主要包括渠道、陡坡、涵洞及排沙设施等。

2 穿河涵洞的设计

吾塔木乡渡槽改建工程位于吾塔木乡干渠上,是一座横穿整个若羌河的无压盖板涵洞,担负着若羌县吾塔木乡全乡的农田灌溉任务。本次设计主要由排砂设施工程和渡槽改建工程两部分组成。工程主要建筑物包括涵洞、陡坡、渠道、防洪堤和排砂设施等组成。

2.1 涵洞的设计

2.1.1 纵坡设计

根据吾塔木乡渡槽改建工程所在位置的地形和测量资料可知,涵洞的进出口高程都有调节的余地。为了不让水流中的泥沙在涵洞中产生淤积,涵洞的纵坡不宜过缓,再根据“吾塔木乡渡槽改建工程1∶500地形图”及测量河床横断面图,把涵洞的纵坡初定为1/110。为了保证涵洞的安全运行,其盖板顶距河床的最小距离为2 m,确定涵洞的进出口高程分别为939.55 m和936.72 m。通过水力计算可知,该纵坡满足设计要求,最终确定渡槽纵坡为1/110。

2.1.2 断面形式及衬砌方式的选择

吾塔木乡渡槽改建工程中设计的涵洞为无压盖板矩形涵洞。虽然涵洞洞顶填土厚度不大,当地浆砌石料充足,石料的强度比混凝土高,耐磨性能比混凝土好,但设计流量较小,流速偏小,泥沙在涵洞内会产生淤积,给工程管理运行带来不便,所以设计采用混凝土矩形盖板涵洞比较经济和实用[1]。涵洞水力要素可按明渠均匀流进行计算,水力要素见表1。

表1 涵洞水力要素表

根据计算确定涵洞底板采用0.4 m厚C20现浇混凝土,边墙采用0.5 m厚C20现浇混凝土直墙型式,涵洞顶铺设0.20 m厚钢筋混凝土盖板。

2.1.3 水力计算及结构尺寸

2.1.3.1 涵洞长度的确定

本次改建工程设计时,为了不影响涵洞所在河床现状的过流情况,维持河床现状不变,在涵洞进出口端的河堤堤顶预留了2 m的宽度,最终确定涵洞总长度为311 m。

2.1.3.2 过水能力计算

式中:Q为涵洞设计流量,2.0m3/s;i为洞身比降,1/110;n为洞身糙率,0.017;R为水力半径,R=A/x;A为涵洞过水断面面积,m2;x为湿周长,m。

计算得,涵洞底宽1.80 m,高度0.9 m。为涵洞有足够的空间进行清淤,确定涵洞底宽为1.8 m,高度1.8 m。另外,为保证涵洞在洪水期安全,还应对涵洞进行防冲设计,设计在涵洞下游挡土墙末端垂直河床方向设一防冲墙,并在涵洞盖板顶铺设0.3 m厚抗磨层。设计按建筑物的防洪标准设计,计算得在正常洪水,东渡槽河床过水时,冲刷深度最深,即 hd=4.07 m。考虑到涵洞盖板顶在河床内的最小埋深为2 m,所以设计涵洞盖板顶至防冲墙末端底的高度为4 m,即河床至防冲墙末端底部的最小深度为6 m。

2.2 陡坡设计

本工程通过计算确定陡坡水平长度为85 m,总落差为8.5 m,陡坡采用矩形盖板断面形式,底宽1.3 m,深1.1 m,边墙采用C20细粒混凝土砌卵石重力式挡土墙型式;陡坡末端接消力池,池长12.5 m,池深1.5 m,宽1.3 m,池底板采用C20现浇混凝土,厚0.6 m,底板末端设有齿墙,齿墙深2.1 m,厚0.5 m,边墙采用C20现浇埋石混凝土重力式挡土墙,墙高由1.86 m渐变为3.9 m;消力池后接矩形渐变段,长4.5 m,深1.8 m,底宽由1.3 m渐变为1.8 m,底板采用C20现浇混凝土衬砌,厚为0.3 m,渐变渠道边墙采用C20现浇埋石混凝土重力式挡土墙,墙高2.4 m。

2.3 渠道设计

2.3.1 边坡、纵坡

根据规范要求,渠道设计水深在<1 m,土质为夹砂卵石或砂土时,渠道最小内边坡数取1.0,外边坡数取1.0。本工程上开挖边坡系数≥1.25,确定本工程设计渠道内边坡系数采用1.5,外边坡系数采用1.5。虽然涵洞的进口高程已经确定,但渠道和涵洞之间由陡坡衔接,所以该段渠道的纵坡可按照地形自然坡降进行调整。

2.3.2 衬砌方式的选择

衬砌方式采用C20细粒混凝土砌卵石衬砌;渠道采用梯形明渠,渠道全断面采用C20细粒混凝土砌卵石作为防渗与衬砌材料,C20细粒混凝土砌卵石衬砌厚度0.3 m;水泥采用抗硫酸盐水泥。

2.4 导流堤设计导

本次设计在涵洞进、出水口上下游河岸修建C20细粒混凝土砌卵石防洪堤,并修建C20细粒混凝土砌卵石基础防止淘刷,护堤总长130 m,其中左岸80 m,右岸50 m,断面型式采用“刀”形,基础深2.5 m,堤顶宽0.5 m,中部厚1.1 m,基础厚0.6 m,背水面边坡1∶0.4。

2.5 排砂系统设计

排砂系统工程位于若羌干渠引水渠首下游约2.5 km处,采用倒坡渠道防砂方案。

3 应用效果

3.1 应用效益

本次改建工程的实施完工,将改善灌区输水条件,提高了下游灌区的灌溉保证率,稳定了灌区农业经济的发展。在涵洞进出口端的河岸上下游修建防洪堤130 m,这样不仅保护了涵洞进出口,又增强防洪工程设施。

3.2 安全运行

若羌河在该段为微淤积河床,原工程为跨河渡槽,主要受到河床淤积和洪水带来的威胁。本次设计涵洞采用C20现浇钢筋混凝土矩形断面形式,并在涵洞盖板顶铺设了0.3 m厚的C20细粒混凝土砌卵石,以增加其抗磨性能,且涵洞下游侧设一C20细粒混凝土砌卵石防冲墙,所以能够降低洪水对涵洞造成的威胁。

3.3 工期短,确保灌溉

本工程采用穿河涵洞输水形式,主体工程的施工工期相对较短;并且该方案施工时灌区的用水可以利用现有的渡槽进行输水,不会影响灌区的灌溉用水,在灌溉期也可以进行施工,不用安排冬季施工,可缩短施工工期,涵洞上下游连接渠道在原吾塔木干渠下游侧,当来洪水时,原吾塔木干渠成为防洪堤,保护了该工程。

[1]毛建.TBM下穿河流涵洞施工技术分析[J].科技传播,2011(01):159-160.

TV87

B

1007-7596(2014)07-0227-02

2013-11-27

刘泓崴(1979-),男,甘肃武威人,工程师。

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