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汾南灌区二级干渠改造工程简述

2016-04-07武肖莉

山西水利 2016年8期
关键词:暗涵泄水闸涵洞

武肖莉

(山西省禹门口水利工程管理局,山西 太原030002)

汾南灌区二级干渠改造工程简述

武肖莉

(山西省禹门口水利工程管理局,山西 太原030002)

阐述了汾南灌区二级干渠现状,针对实际情况提出相应的改造方案,指出,汾南灌区二级干渠改造后,防洪标准能达到20年一遇校核,可发挥其防洪、节制、蓄水、灌溉作用,为山西省工农业经济发展和社会繁荣稳定起到重要作用。

二级干渠;现状问题;改造方案;汾南灌区

1 工程概况

汾南灌区位于运城市稷山和万荣两县汾河南岸的二级阶地,高程约450~525m,地形南高北低,地面坡度1/200~1/300。灌区以黄土和黏土为主,适合农作物生长,多年平均降雨量489.7mm。设计规模为六级六站,总装机26台,装机容量10200 kW,总扬程157m,提水流量4.5m3/s,设计灌溉面积1.509 3万hm2,灌溉稷山、万荣6个乡镇,70多个行政村,受益人口15万,其中稷山境内1.193 3万hm2,万荣境内0.313 3万hm2。灌区现有一至六级总干渠,总长11.85 km;分干渠8条,总长85 km;支渠84条,总长165 km。共有各类骨干渠道建筑物2 803座。

本次设计汾南灌区的内容为:二级干渠进行防渗处理,并对渠系有关建筑物进行配套改造。二级干渠渠道设计流量16.0m3/s,根据《灌溉与排水工程设计规范》确定二级干渠级别为4级。

2 工程现状及改造方案

2.1 渠道

二级干渠桩号0+000—3+765.7段原设计为矩形渠道,渠宽4.0m,渠深3.6m,现状渠道基本完好,部分渠道衬砌损坏。经水力复核计算后渠道设计水深3.11m,原渠道超高0.49m,规范要求超高0.98m,不满足现行规范要求,原设计渠道衬砌混凝土强度等级为C15,没有抗冻和抗渗要求,现状渠道衬砌运行水位下由于冻融破坏,出现不同程度的剥蚀,本次改造设计对原渠道清淤后,对渠道衬砌剥蚀的渠段进行凿除并重新砌筑厚10 cm的C20混凝土衬砌,混凝土抗冻等级要求不低于F150,抗渗等级要求不低于W4,并对渠道根据现行规范要求进行加高处理。

二级干渠桩号3+765.7—8+078.7段原设计流量14.5m3/s,改造设计流量16.0m3/s。现状桩号3+765.7—8+078.7段渠道原设计为梯形断面,底宽1.6m,内边坡系数1.5。改造设计为弧底梯形断面,考虑到渠道改造不产生新的永久占地和尽量减小加高渠道对巡渠路宽度的影响,渠道加高采用在原渠顶现浇混凝土挡墩,在渠道衬砌与混凝土挡墩间设沉降缝。二级干渠桩号3+765.7—8+078.7段渠道改造为弧底梯形断面,底弧半径2.5m,弧段弦长2.77m,圆心角67.38°,渠道内边坡系数1.5,渠深3.3m。渠道采用厚10 cm现浇C25钢筋混凝土衬砌,其下铺设PE复合土工膜(两布一膜)进行防渗,膜厚0.35mm,密度不小于920g/m3,膜重不小于320 g/m2,布重400 g/m2,总重720 g/m2。填方段渠道外边坡系数1.0,挖方段渠顶留1.0m宽的马道,渠堤以上开挖边坡采用1∶0.7,坡脚设C20混凝土排水沟,排水沟采用矩形断面,口宽40 cm,深30 cm,厚度15 cm。渠道左堤为土路,作为人行道,右堤顶采用30 cm厚泥结石路面,作为行车巡渠路。

根据地质资料,改造段二级干渠多数渠段地基存在不同程度的湿陷性,设计时考虑到该段渠道已运行近20年,渠道沉陷基本趋于稳定,本次设计在原有渠道基础上进行防渗改造处理,原有渠道不拆除,渠道改造不产生新的永久占地,故不存在地基及边坡的安全性问题。

2.2 建筑物

本次改造段二级干渠建筑物主要包括节制泄水闸、输水隧洞及暗涵、排洪涵洞、桥。

2.2.1 节制泄水闸

本次改造一级干渠由于渠线改线,新建1座分水闸向龙门灌区供水。改造段二级干渠桩号0+000—8+ 078段布置节制闸3座,泄水闸3座,干斗口6座。现状1号节制泄水闸由于渠道变形闸门无法启吊,已拆除,本次改造设计在原位置桩号2+440.9新建1号节制泄水闸;2号节制泄水闸由于泄水闸下游沟槽已建厂矿,下泄水流已无出路,故将现状2号节制泄水闸拆除,新建泄水闸建于向上游改移76m至二级干渠桩号3+689.2处。

2.2.2 隧洞及暗涵

二级干渠原桩号0+135.4—0+550段渠道位于边山地带,原设计渠线是沿等高线在山边绕行,渠道断面为矩形断面上增加拱顶,随着当地工业的发展,埋涵周边的地形地貌均已发生变化,当地村民建起了采石厂,使山洪水流流向发生了变化,特别是近几年来,每到汛期埋涵段渠道均发生险情。目前,已对暗涵个别段采取了临时防护措施,现状暗涵右岸边墙侧为20m左右的陡山坡,暗涵一旦发生险情将威胁到山西铝厂石矿、龙门水泥厂和龙门新村的安全,影响整个二级干渠的安全运行。根据现状暗涵情况,在暗涵右岸边墙外做一道浆砌石防护墙对暗涵右侧边墙基础进行加固,其防护作用不大,故本次改造设计将该段暗涵改线采用隧洞方案通过。

考虑到隧洞洞线布置不影响原1号隧洞出口处山洪沟拦洪坝及其东侧排洪渠,本侧改线段隧洞进口布置在排洪渠东侧,出口处布置在1号渡槽前山洪沟东侧,隧洞全长373m,设计过流能力16m3/s,设计纵坡采用原渠道设计纵坡1/4 000,糙率0.014。为了便于隧洞与上游暗涵和下游矩形渠的衔接,隧洞过水断面为直墙圆拱式C30钢筋混凝土结构,净宽4m,直墙高2.3m,上部为180°半圆拱,设计水深3.15m。

改线段2号隧洞位于二级干渠桩号0+181.2—0+ 554.2,全长373m,其中进口明挖段长33.1m,出口明挖段长66.1m,穿越Ⅵ类围岩长112.0m,穿越Ⅴ类围岩段长161.8m。设计根据围岩类别分为三种衬砌类型:Ⅳ类围岩采用Ⅰ型衬砌断面型式;Ⅴ类围岩采用Ⅱ型衬砌断面型式;进出口明洞段采用Ⅲ型衬砌断面型式。Ⅰ型衬砌断面型式为:顶拱范围内设直径25mm系统锚杆,长2.0m,间排距1.0m,梅花型布置,顶拱及侧墙挂直径8m,间距150 cm的钢筋网,并喷10 cm厚C20混凝土,必要时辅以钢拱架支护,隧洞衬砌底板厚45 cm,侧墙及顶拱厚35 cm的C30钢筋混凝土结构;Ⅱ型衬砌断面型式为:顶拱范围内设直径25mm的系统锚杆,长2.0m,间排距1.0m,梅花型布置,顶拱及侧墙挂直径8 m,间距150 cm的钢筋网,并喷15 cm厚C20混凝土,必要时采取超前小导管注浆加钢拱架支护,隧洞衬砌底板厚50 cm,侧墙及顶拱厚40 cm的C30钢筋混凝土结构;Ⅲ型衬砌断面型式为:采用底板、侧墙和顶拱厚均为40 cm的C30钢筋混凝土断面。

Ⅴ类围岩进出口洞段由于隧洞洞挖岩体破碎、松散,稳定性极差,极易坍塌,在隧洞进出口各30m范围内拟采用管棚加钢拱架支护方案;Ⅴ类围岩除进出口洞段,隧洞开挖采用超前小导管加钢拱架支护方案;Ⅳ类围岩洞段采用钢拱架支护方案。

隧洞回填灌浆在顶拱中心角120°范围内进行,回填灌浆孔间距2.0m,排距2.0m,Ⅳ类围岩洞段灌浆压力0.2MPa,Ⅴ类围岩洞段灌浆压力0.1MPa。

洞身段每8m设一道沉降缝,缝宽2 cm,沉降缝采用651橡胶止水带进行止水,临水面填3 cm厚双组份聚硫密封膏,止水带内外侧填PE低发泡沫板。

2.2.3 排洪涵洞

本次改造段二级干渠现状共布置有8座排洪涵洞,经现场勘察,多数排洪涵洞内有不同程度的渗水现象,原涵洞浆砌石勾缝已损坏,勾缝砂浆脱落,4号排洪涵洞淤泥已满,上游洪沟内洪水无法下泄,本次改造设计对4号排洪涵洞进行拆除改建;对其余排洪涵洞进行清淤后,再对排洪涵洞沟槽上游40m,下游30m范围内影响行洪的断面进行整修,再在沟底做一层厚50 cm的格宾石笼护底,最后对排洪涵洞洞身浆砌石重新进行勾缝。

4号排洪涵洞由进口竖井段、洞身段和排洪渠三部分组成。由于地面高程在渠底附近,因此在进口布置竖井段,洪水通过进口竖井段进入渠底洞身段,通过排洪渠排泄至下游已建排洪渠,排洪涵洞洞身及排洪渠设计底坡1/35。进口竖井段长8.0m,深2.1m,采用M7.5浆砌石结构,底板厚度0.5m,边墙为贴坡式,坡度1∶1,侧墙顶宽0.5m,底宽1.5m。洞身为矩形断面,洞身段长30m,采用1孔C25钢筋混凝土结构。断面尺寸为净宽3.0m,净高1.6m。涵洞顶板、侧墙和底板厚均40 cm,洞身每10.0m设一道沉降缝,缝宽3 cm,采用651橡胶止水带进行止水。混凝土抗冻等级F150,抗渗等级W4。出口排洪渠采用矩形断面,底宽3.0m,高2.0m,长63.0m,与下游已建排洪渠相接。

排洪涵洞基础处理采用厚50 cm3∶7灰土垫层进行换填处理,基底夯实压实系数要求不低于0.95,灰土垫层压实系数要求不低于0.97。

2.2.4 桥

本次二级干渠改造段干渠渠道上共布置各类桥24座,拆除2座影响渠道过流的废弃机耕桥,其中1座机耕桥和1座公路桥改造为输水涵洞(上部行车),本次改造桥共12座,其中改造公路桥1座,进村桥1座,机耕桥10座。

新改造桥净跨尺寸均大于渠道口宽,桥面宽度基本采用根据现状桥宽。根据实际情况,公路桥的荷载设计标准采用公路—Ⅰ级荷载标准,进村桥的荷载设计标准采用公路—Ⅱ级荷载标准,机耕桥的荷载设计标准采用农桥—Ⅰ级荷载标准。

根据地质勘探资料,本次改造桥的基础处理共采用两种处理方案。对地基具有Ⅲ级湿陷性和Ⅱ级湿陷性公路桥基础处理采用直径1 200mm的C30钢混凝土灌注桩进行处理;对Ⅱ级和Ⅰ级湿陷性,Ⅰ级轻微湿陷性地基,机耕桥和进村桥采用扩大基础换填厚100 cm3∶7灰土垫层进行处理。基坑开挖后,基底夯实及灰土垫层压实系数要求不低于0.95。

3 结语

汾南灌区二级干渠改造后,防洪标准将达到20年一遇校核,设计引水流量16.0m3/s,可发挥其防洪、节制、蓄水、灌溉作用,为山西省工农业经济发展和社会繁荣稳定起到重要作用。

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武肖莉(1983-),女,2011年毕业于河海大学水利水电工程专业,助理工程师。

2016-06-04;

2016-07-12

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