陆浑灌区东一干渠挖方石渠改造方案浅议

刘社教

摘 要：陆浑灌区续建配套节水改造工程已建多年，是2011年中央一号文件《关于水利改革发展的决定》精神在陆浑灌区的具体实践。一部分工程改造之难从某种意义上来说不亚于一次新的工程建设。东一干渠石渠段的改造就是这样一项工程，它即看重工程本身安全，又要兼顾工程上下游的过水协调。

关键词：石渠；改造；实践；治理

1 概况

陆浑灌区是河南省一座大型灌区，从1970年起建有总干渠，东一干渠、东二干渠、西干渠、滩渠5条干渠。陆浑灌区控制灌溉面积12万hm2，除农业灌溉外，新的拓展规划涉及到的建设领域十分宽广。今日续建配套工程正在积极推进，东一干渠石渠改造就是一个实例。

2 东一干渠石渠段

2.1 石渠

石渠顾名思义就是石筑的水渠。在东一干渠上有石渠多处，但形式不外乎有四种，石头全砌、渠身单侧和渠底石砌，渠身单侧石砌和全挖四种。

东一干渠石渠自建成运用起就暴露出很多问题，普遍存在渗漏水问题，尤其是伸缩缝部位。石渠的渗漏轻者造成水量损失，重则影响工程安全。以前采取内侧勾缝外侧补强增稳的办法不太理想，后改为在石墙内侧加衬护层的办法效果明显。至今有一段石渠从建成起未再做任何处理，那就是全挖石渠。

2.2 东一干渠全挖石渠

在东一干渠内埠隧洞出口有一段石渠就是全挖石渠。石渠桩号1+165～1+800，在隧洞的出口有15m长的渐变段，因此这段石渠长635m。在石渠桩号1+800以下是一段长度达1426m的开挖或半挖半填的土渠，本段石渠也是本文所指。

3 石渠的现状断面

3.1 石渠的现状

本段石渠坡陡渠深，地质条件欠佳，边坡稳定性差，当时虽用混凝土全部护砌，但衬砌未加振捣，实际施工仅5cm厚度而且厚薄不匀，现状呈多处破碎脱落，渠帮坑坑洼洼，虽“凹陷”比“凸出”对过流的影响小，但“小水高位”的现象，也间接影响到上下游的过流问题。

3.2 石渠近年来水位流量关系

近年来通过十几次水位流量关系的测算分析，水位和流量大致成正比关系，水位升高，流量增大，水位降低，流量减少，但受涨水和降水的影响，水位和流量关系还有一些不太和谐的现象，但相关关系大致还是可以的。

3.3 石渠过流量验算

3.3.1 东一干渠竣工资料验算

开挖石渠设计水位4.3m，超高0.6m，糙率0.0225，比降1/5000，边坡系数0.7，渠底宽5.36m，经计算设计水位的过流量为39.2m3/s。

3.3.2 石渠的护砌和设计过流的验算

石渠建成后，为满足设计过流要求，当时采用了100#混凝土护砌，厚度仅有5cm，而且厚薄不匀，当糙率n=0.016时，Q=55.1m3/s，当糙率n=0.017时，Q=51.9m3/s，二者均满足设计流量Q=50m3/s。

3.3.3过流量的实际验算与分析

近年来我们在此石渠段进行了多次流量实测，并与理论计算作一比较，计算中选n=0.016，见表1。

通过上表可以看出，实测流量接近或略小于设计流量。说明渠道经过长期运用渠况变差，糙率已大于0.016或接近于0.0165，因此过流量较设计略小点。另外实测流量也受到许多因素的影响。

4 石渠的改造

本段石渠从建成起已经几十年的运用，老化失修破损非常严重，仅从工程角度来看有几种改造方案供选择。

4.1 渠道开挖方案

渠道可开挖几种不同深度，然后再护砌维持现状断面尺寸不变。分别选取开挖深度10cm、15cm和20cm三种形式。

4.2 渠道半挖半填方案

渠道开挖一部分后护砌，护砌厚度是开挖深的2倍，现状断面稍變。有开挖5cm护砌10cm，开挖7.5cm护砌15cm和开挖10cm护砌20cm等形式。

4.3 渠道不开挖护砌

渠道不开挖，仅清除松动岩石杂土乱草，渠道稍加整理然后直接在原石渠上护砌。护砌厚有10cm、15cm和20cm三种形式。

4.4 护砌方式的比较

上述3种方案，可以分为全开挖、半挖半填和全填护三种情况，9种护砌方式形成的护砌厚度分别是10cm、15cm和20cm。但这段石渠岩石风化，自然条件差，10cm厚的混凝土墙是不够的，在剩余的6种型式中，无论是15cm和20cm厚混凝土护砌，显然是开挖越少转渣费用越低工程造价越小。因此本段工程改造全选不开挖护砌。在现石渠墙清基后最小护砌厚度不应小于15cm，厚的地方可达20cm以上。现在开挖和转渣费用每立方单价达1百多元。少开挖3000方土石量，仅此一项就可节省开支30余万元，而且省工省力。不扰动原状土结构体。

5 石渠改造对渠道过流的影响分析与评价

石渠改造后的断面和形状都会多少发生一些改变。也因混凝土标号提升和施工质量的改善及断面形状的微变。石渠的过流问题就有相应的变化。石渠改造在满足设计流量的前提下需关注上下游水位的衔接问题。

5.1 石渠改造的过流问题

石渠改造后断面存在一些问题。椐已建工程测算，渠道的糙率普遍减少到0.015左右，在原渠道上开挖护砌维持原断面不变，经计算在设计水位4.3cm的情况下可过流56.6m3/s，满足50m3/s的设计流量。当渠道直接护砌20cm后，当通过设计流量时，因边墙和渠底均护砌20cm，实际水位与设计水位耦合等同，但实际水深仅有4.1m，如护砌厚度减少渠水位就会低于原设计水位。

5.2石渠改造后的水流衔接问题思考

石渠改造后，在通过设计流量50m3/s的情况下，渠水位耦合于设计水位。实际针对不同的改造型式，渠水位低于或高于设计水位的可能性都存在，这样对上下游的过流多少都会产生一些影响，尤其是石渠的进出口段，因结构型式和糙率的变化对水的流态有影响进而引起局部水头损失的变化，石渠的沿程水头损失也有变化。本文关注的是局部水头损失，就石渠改造本身来讲，糙率变化的影响相对于断面微变的影响小。

5.3 石渠进口段的水流流态变化的分析研究

5.3.1 水流流态的初步分析

在陆浑灌区上的渐变段普遍存在，做为建筑物和石渠的组成部分。渐变段又分进口和出口两种形式。在东一干渠隧洞上的渐变段是进口为顺坡，出口为逆坡，如内埠隧洞进出口渐变段坡差分别为0.352m和-0.131m。渐变段的底坡和水位线的变化不完全一致。石渠进口的渐变段（内埠隧洞出口）的改造，渠坡和渠底各护砌20cm厚混凝土，这就改变了原有渐变段的形状、坡差和糙率。渐变段的水流是急变流，石渠的改造对水的流态将产生新的影响。

5.3.2 石渠改造对渐变段水流影响程度的分析。

石渠改造后渐变段进口尺寸不变，出口略变小，一般来说，在进口水位不变的情况下，出口水位多少升一点。由于石渠的改造，渠道的糙率减小，具体到渐变段水位就又降一点，这两个因素的影响可大致相抵。主要的影响因素就是渐变段底坡的变化。为了适应石渠的改造渐变段也做相应的修整护砌。在渐变段上的护砌厚度由渐变段的零厚度渐变至20cm厚度，经过计算在渐变段出口的实际水位将抬升约30cm以上，由于渐变段后紧连石渠，其坡降达1/5000，具有一定的消峰作用。实际上渐变段的水位抬升有限，在可控范围之内，在石渠出口渐变段的情况会更好些。渐变段的改造必然增加水头损失，另一方面石渠的改造又减少水头损失，本文不做深究。

6 结语

挖方石渠改造是一项崭新的工程建设。加强改造前后的观测分析研究，补充完善理论体系，为续建配套节水改造工程打下坚实基础。endprint