渠道边坡坡比调整分析

刘大鹏

河北省水利水电勘测设计研究院

渠道边坡坡比调整分析

刘大鹏

河北省水利水电勘测设计研究院

南水北调配套工程石津干渠藁城段利用现有石津灌区总干渠进行改造。砂性土渠段渠坡坡比多采用1:2.75，相应的渠道两岸占地范围较大，本设计方案对局部渠段进行换填壤土处理，坡比进行调整，以减少渠道占地。

南水北调配套；石津干渠；边坡坡比；调整

1 工程概况

石津干渠是石津灌区的骨干输水工程，从黄壁庄水库引水，途经鹿泉市、石家庄市、藁城市、晋州市、辛集市、深州市、武强县等县市。南水北调中线工程建成后，石津干渠作为向沧州、衡水输水的配套工程，将具有城市供水的功能。

石津干渠北庄至晋州西段是石津干渠工程的重要组成部分，上接石家庄市区段，下连晋州市区段，起点桩号为20+122，终点桩号53+710，全长33.588km。本段划分5个土建标，其中Ⅲ标范围为梨园庄节制闸下游至郭庄桥下游，设计桩号37+450～42+750，线路全长5.3km，大部分渠道位于藁城市区，原设计本段左侧为公园路和房屋，且渠坡存在较厚的细砂层，坡比为1:2.75，渠道设计底宽14m，渠道纵坡1/3000，并在渠道左侧坡顶设挡土墙。

在现场施工中，汽车站桥至昌盛桥（桩号38+166～40+085）渠段右岸沿渠带状公园大部分被占压，为保证工程建设顺利进行，对汽车站桥至昌盛桥段渠道边坡进行换（回）填壤土处理。

2 工程地质

汽车站桥至昌盛桥渠段总长1.919km，勘探深度范围内揭露的地层均为第四系全新统冲洪积（al+plQ4）地层，岩性主要有壤土、粘土、砂壤土、细砂及中粗砂等。渠道地质为粘砂双层结构，边坡稳定性差、中等渗漏。

3 渠道变更设计

3.1 原渠道设计

渠道位于藁城市区，左侧为公园路和房屋，右岸为307国道，且渠坡存在较厚的细砂层。渠道横断面为梯形断面，渠道设计底宽14m，边坡1:2.75，渠道纵坡1/3000，设计水深3.32～3.82m。渠段内有4座桥梁，桥下设置加厚衬砌，与渠道衬砌平顺连接。

3.2 变更后渠道设计

3.2.1 断面设计

变更后渠道轴线与原设计一致，横断面仍为梯形断面，底宽为14m，纵坡为1/3000，两侧渠道边坡坡比由1:2.75调整为1:2，汽车站桥及昌盛桥桥下设置渐变段，与上下游原1:2.75边坡顺接。渠坡及坡脚回填采用壤土，局部渠段渠坡及坡脚换填壤土。

3.2.2 边坡稳定分析

浸润线计算采用河海大学水工结构有限元分析系统（Auto⁃BANK v5.0）进行计算。边坡稳定根据SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》，采用瑞典圆弧法进行计算，计算程序选用河海大学土石坝稳定分析系统（HH—Slope r1.2）。

3.2.2.1 计算断面选取

依据地质岩性划分和断面设计情况选取桩号38+362.9断面作为典型断面进行边坡稳定分析，边坡稳定计算断面参数如表1。

表1 边坡稳定计算断面参数

3.2.2.2 计算成果

按上述参数对本段渠道的典型断面进行边坡稳定计算。计算结果见表2。

表2 典型断面边坡抗滑稳定计算成果

3.3 变更后水面线推算及过流能力分析

本段渠道边坡坡比调整后，渠道设计流量、加大流量分别为130，140m3/s，糙率为0.015，底宽14m，纵坡为1/3000，以上要素均与变更前一致。仍以一干进水闸设计水位作为控制点水位，按明渠恒定非均匀流公式推算变坡后渠道水面线。水面线推算能量方程如下：

式中Z1为下游断面对应水位；Z2为上游断面对应水位；V1为下游断面对应流速；V2为上游断面对应流速；hw为上下游断面间水头损失。

水力计算成果如表3。

表3 渠道水力计算成果

通过水力计算分析可知，由于过水断面变小，设计水位和加大水位最高增大0.05m，故将本变更范围内渠坡衬砌加高0.05m。

4 变更设计对投资的影响

4.1 主要建筑工程投资变化

本次变更设计采取渠坡换（回）填壤土方案，适当调整渠道边坡，使渠道上开口占地范围缩小，解决了左右岸占压实物的问题。但由于边坡变陡，要满足稳定要求，回填料由原设计的开挖土变成壤土，增加了壤土用量。

本渠段变更设计前主要建筑工程投资为1549.46万元，变更后为1634.98万元，增加85.52万元。

4.2 占迁投资变化

变更前后均在石津渠原有管理范围内，永久占地数量未发生变化。变更后工程占压成树减少780棵，暖气管道支护长度减少1900m。渠段变更设计前主要实物量投资为30.18万元，变更后为6.84万元，减少了23.34万元。

5 结语

（1）本次变更设计采取渠坡换（回）填壤土方案，适当调整渠道边坡，使渠道上开口占地范围缩小，解决了渠道右岸坡顶占压带状公园难以协调的问题，能够加快施工进度，保证工期。渠道坡比变更后梨园庄节制闸下游水位略有抬高，但对节制闸过流能力未造成影响，仍满足设计要求。

（2）由于边坡变陡，要满足稳定要求，回填料由原设计的开挖土变成壤土，增加了壤土用量，相应的土建工程投资增大。

（3）石津干渠沿线土地资源利用矛盾突出，采用壤土换（回）填等措施调整边坡坡比不失为解决渠道占地、增加城区绿化的有效途径。另一方面，结合对占压实物价格水平及数量的综合分析，征迁不存在难度的缓边坡渠段，进行换填与征迁投资比较分析也是有必要的。

[1]河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津干渠工程北庄至晋州西段初步设计报告（核定稿）[R].2013

[2]河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津干渠工程北庄至晋州西段汽车站桥至昌盛桥渠段渠道边坡变更设计报告[R].2014

[3]陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理·方法·程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[4]张伟民.土坝在水库水位下降期的滑坡机理[J].中国农村水利水电，2004（8）:48-50

刘大鹏（1981-），男，河北唐海人，工程师，研究方向：水利工程设计。