北赵引黄灌区二期工程输水线路过沟段设计方案比选

张广涛

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概述

运城市北赵引黄灌区二期工程位于临猗、闻喜、盐湖、万荣四县（区）境内，主要是为了解决以上四县（区）的峨嵋台地旱地问题。北赵引黄二期工程在原北赵引黄灌区的基础上，灌区范围向北东、向北延伸，从北赵引黄工程的中干渠、北干渠及南干渠分别取水。

北赵二期工程建设主要包括渠道、倒虹、渡槽、泵站、隧洞公路、调蓄池等各种建筑物。

经过多次现场查勘、定线，干渠线路由于受地形、地质条件的限制，输水线路方案比选余地不大，但是过一些特定地段，设计方案可以进行优化，选出合适方案。

输水线路过杨李沟段地形复杂，高差较大，设计有一定难度，本文对该段线路进行方案比选。

2 工程地质

杨李沟沟底地面高程约为584.3m，沟顶高程进水侧约为629.7m，出水侧630.5m，高差约45m。

根据探井资料，场地各层土物理性能及工程性能如下：

该场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅳ级（很严重），湿陷深度为15.3～16.0m。沟底为非自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅰ级（轻微）。两侧建议采用强夯法或桩基础对地基土进行处理。

3 方案比选

3.1 方案叙述

根据实际地形地质条件，提出以下3个方案，考虑方案的可比性，在线路上选择一段相同长度进行方案比较。

方案一：渡槽

桩号2+088.66～2+411.68段由U型渠道，进口渐变段，渡槽、出口渐变段、U型渠道等组成。

U型渠道进水段长为103.9m，设计纵坡为1/2000；干渠横断面采用弧形底梯形渠，弧形底半径为1.4m，内边坡系数m=1.25，衬砌采用现浇C20混凝土，混凝土强度等级C20，抗冻等级F100，抗渗等级W6，衬砌厚度8cm。渠道末尾与渡槽进口渐变段连接。

渡槽进口渐变段采用C25混凝土结构，采用扭曲面与上、下游渠道相接，接缝处设置止水加强防渗，进口段长4m。

槽身段进口槽底高程为629.70m，出口高程为629.63m，槽身段长99m，设计纵坡为1/1500。采用C30预制钢筋混凝土U形薄壁结构，槽身跨度分为15m和21m两种，槽身壁厚18cm，底部加厚至30cm，圆弧半径1.4m，口宽2.8m，深1.9m；槽身每1.5m 设一拉梁，拉梁尺寸（ 宽×高）0.35m×0.20m，拉杆中部铺设走道板，板宽1.2m，厚8cm，走道板两侧设钢栏杆。渡槽槽身及拉梁、走道板均采用预制C30钢筋混凝土结构。

渡槽出口渐变段结构形式与进口渐变段相同，出口段长6m。

U型渠道出水段长110.1m，结构形式与进口段相同，与线路其余渠道段相接。

渡槽支撑结构采用支墩及排架形式，采用C25现浇钢筋混凝土。渡槽进出口段支撑低于2m的采用支墩，排架P1高度17.1m，采用双排架；排架 P2、P3、P4高度分别为34.5m，45.5m，27m，采用A型双排架。

双排架及A型双排架柱断面尺寸为（顺槽向长×横槽向宽）60cm×80cm，柱间沿高程每4m设置一横梁，断面尺寸（宽×高）40cm×60cm。双排架及A型双排架基础采用扩大钢筋混凝土基础，双排架尺寸为（顺槽向长×横槽向宽）6.0m×7.2m，A型双排架尺寸为（顺槽向长×横槽向宽）8.0m×12.0m，厚度均为0.8m，基础底部设C15素混凝土垫层，厚10cm。

因地基为湿陷性黄土，承载力不满足要求，必须对地基进行处理；排架基础处理采用3∶7灰土挤密桩，正三角形布置，桩间距1.0m。

方案一纵断面图见图1。

方案二：架空式倒虹

图1 方案1纵断面图

起始桩号为2+088.66，末尾桩号为2+411.68。架空式倒虹由进口渐变段、进水池、架空式钢管段、出水池、出口渐变段等建筑物组成。

进出口渐变段长均为8m，水深与上（下）游渠道相同，采用扭曲面与上下游渠道连接。

进水池长15.2m，出水池长10.2m。进、出水池设陡坡段和水平段，陡坡坡度为1∶2，池宽2.6m；均采用C25钢筋混凝土结构。

架空式钢管段由进口埋管段、进口土洞明管段、架空式明管段、出口土洞明管段、出口埋管段等组成。

总之，教师应当用一颗智慧的心去纠正课堂作业中出现的误区，恰到好处的利用好课堂作业这一环节，挖掘这一环节的潜力，才能够有效的提高课堂效率，切实减轻学生过重的作业负担。

进、出口埋管段为进、出水池与土洞段的衔接部分，长度均为7.5m。为了检修土洞段，在进、出口埋管段设检修室。

检修室平面尺寸5.5m×6.2m，下部高4.8m，采用C25钢筋混凝土结构，侧墙厚0.5m，底板厚0.6m，内部地面设爬梯通向检修室底部，由此进入土洞段；检修室上部采用砖混结构。

进口土洞段总长113.5m，出口土洞段总长118.6m，土洞段总长约232.1m，坡度为1∶3。隧洞断面尺寸B×H=4.3m×4.5m，采用C25钢筋混凝土，壁厚0.35m，土洞内穿DN1800钢管，管下设C20混凝土管座置于混凝土地板上，包角135°，管道转弯处设镇墩。

架空式钢管与土洞段钢管通过两段明钢管连接，此处明钢管总长长34.6m。架空式钢管下部设支墩，支墩作用在混凝土底板上，底板厚0.1m，板下设0.3m×0.4m横梁，横梁支承在纵梁上，纵梁尺寸0.4m×0.9m，纵梁设置在排架上，排架采用双排架，排架高8m，排架立柱尺寸0.4m×0.6m，排架基础采用C25钢筋混凝土，厚1.0m，地基采用采用灰土垫层消除湿陷性，灰土垫层厚0.8m。

方案二纵断面图见图2。

方案三：缓坡式倒虹

图2 方案2纵断面图

桩号2+088.66～2+411.68段由U型渠道，进水池、缓坡式倒虹、出水池、U型渠道等组成。

U型渠道进、出段总长160.0m，结构与其他方案中渠道相同。

桩号2+186.54～2+316.22段为缓坡式倒虹，该段长129.7m，采用DN1800PCCP管道。倒虹进口段管中心线高差为48.2m，出口段高差为49.0m。根据工程经验，进出口段纵向坡度均采用1∶1,在保证管道稳定的情况下，尽量减少开挖量。

PCCP管道基础采用C25混凝土管座，其中弧座包角为135°；管座底宽为2m，管座最薄处为250mm，管座每隔20m设施工缝。管座每隔5m设一道管箍固定管道，倒虹管道中部及转弯处均设混凝土镇墩。

方案三纵断面图见图3。

3.2 水力计算

三个方案中U型渠道是明渠，基本没有水头损失。渡槽和倒虹的水力计算参照《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》附录B、附录C进行。计算公式和各参数见规范规定。

方案一：渡槽段长99m，渡槽段主要为沿程水头损失，渡槽段水头损失Z主要包括进口水面降落Z1、槽身段水头损失Z2、出口段水面回升Z3三部分。计算结果见表1。

方案二和方案三水力计算：

倒虹的水头损失主要包括管道的沿程水头损失和局部水头损失，局部水头损失主要包括管道转折，拦污栅、管道进口、通气管等的损失，主要数据计算结果见表2。

图3 方案3纵断图

表1 水头损失计算

表2 水头损失计算

3.3 方案投资对比

通过上述工程布置，计算出三种方案工程量和永久占地。

方案一工程量主要包括土方开挖、土方回填、浆砌石护坡、灰土挤密桩、C30预制钢筋混凝土槽身、现浇C25混凝土排架及基础、C15混凝土基础、钢筋制安等。

方案二工程量主要包括渠道工程量、进出水池工程量、倒虹钢管、检修室工程量、镇墩工程量、排架工程量、护坡及护底工程量等。

方案三工程量主要包括渠道工程量、进出水池工程量、倒虹PCCP管道、管床工程量、镇墩工程量、护坡及护底工程量等。

方案一渠道、渡槽、排架等永久占地约0.42hm2；方案二渠道、水池、检修室、洞口开挖、排架永久占地约0.17hm2；方案三渠道、水池、倒虹开挖永久占地约0.62hm2。

根据各方案工程量及占地，计算出各方案概算表见表3。

表3 各方案投资

三种方案在技术上均是可行的，各有优缺点，对其分析如下：

方案一水头损失最小，造价在三个方案中居中；但是沟底排架高达45m，两侧排架高度也较高，施工时须高空作业，排架和渡槽槽身支模比较困难，施工难度很大。

方案二采用了洞内穿管方案，建筑物较多，土洞，检修室造价很高；洞内管道坡度为1∶3，造成了管道较长，水头损失在3个方案里最大；方案中排架、检修室、洞穿管都是常见工程，便于施工。

方案三水头损失居中，工程造价比较低；倒虹纵向布置接近临界坡度，管道相对高差较大，施工难度较大。开挖后工程占地较多，征地时可能遇到困难。

4 结论

经过综合比较，结合业主的工作要求和实际工作经验，本次设计推荐方案三：缓坡式倒虹方案。