浅谈交口抽渭灌区西干渠衬砌改造工程设计

2017-10-16刘琦

陕西水利 2017年5期

关键词：砌石横断面干渠

刘琦

（陕西省交口抽渭灌溉管理局，陕西渭南 714000）

浅谈交口抽渭灌区西干渠衬砌改造工程设计

刘琦

（陕西省交口抽渭灌溉管理局，陕西渭南 714000）

西干渠兴王站前深挖方渠段，由于区域地势较低，地下水位埋深较浅，当遇强降雨渠岸地下水位急剧上升时，边坡衬砌板在地下水扬压力作用下易发生滑塌，虽经多次修复但存在问题，严重威胁西干渠正常运行，急需改造。结合工程实际，对于该段渠道横断面设计提出矩形过水断面钢筋混凝土结构、弧脚梯形断面浆砌石衬砌结构、“U”型过水断面浆砌石挡土墙结构三个方案进行比选。经技术经济对比，认为矩形过水断面钢筋混凝土结构不仅整体性强、承载力高，抵抗外力条件好，且防渗效果佳，淤积量少，管理维护费用低，虽然工程投资偏高，但使用寿命长，从长远分析，更为经济。

灌区节水改造；干渠站前深挖方段；横断面设计

1 工程概况

西干渠位于交口抽渭灌区西部，在总干渠4+191处设闸引水，南北走向，全长12.26 km，渠首设计流量3.77 m3/s，承担着西安市临潼区、阎良区及渭南市临渭区的相桥、田市、关山、康桥等四个乡镇11.6万亩农田的灌溉输水任务，是灌区抗旱保丰收、建立“两高一优”农业的重要工程设施，于2000年利用世行贷款资金进行了节水改造。西干渠0+725～1+965段为兴王站前深挖方渠段，由于区域地势较低，地下水位埋深较浅，受2011年秋季持续强降雨影响，该地区地下水位急剧上升，出现大面积明水，使渠堤长时间浸泡在水中，由于冻胀及地下水顶托作用，导致该渠段渠堤内坡多处滑塌，衬砌板拱起滑落，再加之2012～2015年夏灌的长历时、大流量、高强度运行，渠道损毁情况进一步加剧，已无法正常运行，迫切需要进行改造。因此，将西干渠0+725～1+965段1.24 km渠道衬砌改造列入交口抽渭灌区2016年续建配套节水改造项目建设内容。本文就该工程横断面设计方面进行分析探讨。

2 渠道横断面设计方案比选

西干渠0+725～1+965为兴王站前深挖方渠段，设计流量3.77 m3/s。据灌区灌溉试验站地下水动态观测资料，近几年年内除秋季外地下水埋深基本稳定在3.5 m左右，但8、9月份多雨季节地下水位会有较快上升。多年运行实践表明，当渠岸地下水位急剧上升时，该渠段边坡衬砌板在地下水扬压力作用下易发生滑塌，虽经多次修复但解决不了根本问题，严重威胁西干渠正常运行。根据现场踏勘、调研分析，影响该段渠道边坡稳定的主要因素有：

（1）西干泵站机组搭配不甚匹配，给水量调度带来不便，小流量时泵站常需雍水运行。

（2）高水位运行，有时水位超衬砌板，致使内坡土体含水量增大，土体饱和，浸润线上长，降低了边坡自身稳定性。

（3）高地下水给深挖方渠段边坡稳定带来不利影响。当地下水位上升较快时，会造成土体的软化，在饱和状态下其抗剪强度Cb、φb值降低，同时衬砌板在地下水扬压力作用下极易发生滑塌。

（4）勘察区②层土体为黄土状土，③层土体为粉土，土体本身稳定性差。

结合工程实际，对于该段渠道横断面设计提出了以下三个方案进行比选。

方案一：矩形过水断面、钢筋混凝土结构，见图1。

图1 矩形过水断面、钢筋混凝土结构

该方案过水断面为矩形，采用C25现浇钢筋混凝土结构。矩形断面净尺寸B×H=2.3 m×2.4 m，下部设置200 mm×200 mm倒角；侧墙背水面为折线型，距墙顶0.3 m范围内墙厚为0.3 m，距墙顶0.3 m～2.4 m范围内墙厚为0.3 m～0.5 m；底板厚0.4 m，下设100 mm厚C15素混凝土垫层、400 mm厚碎石垫层。

方案二：弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构，见图2。

图2 弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构

该方案过水断面为弧脚梯形，底宽0.9 m，弧脚半径1.3 m，圆心角38.66°，内坡比1∶1.25，渠深2.3 m。渠道采用浆砌石衬砌结构，梯形边坡厚度300 mm～600 mm，弧脚底板厚度600 mm，下设400 mm厚碎石垫层。浆砌石采用M7.5水泥砂浆砌筑，M10水泥砂浆勾缝。

方案三：“U”型过水断面、浆砌石挡土墙结构，见图3。

图3“U”型过水断面、浆砌石挡土墙结构

该方案横断面为“U”型，半径 2.5 m，圆心角 120°，渠深2.3 m，采用浆砌石挡土墙结构。挡墙顶宽0.3 m，底宽6.14 m，高2.7 m，下设400 mm厚碎石垫层。墙体采用M7.5水泥砂浆砌筑，M10水泥砂浆勾缝。

对三种方案进行比较，其结果见表1。

表1 西干渠0+725～1+965段段横断面设计方案技术经济对比表

方案一采用C25现浇钢筋混凝土结构，不仅整体性强、承载力高，抵抗外力条件好，且防渗效果佳，淤积量少，管理维护费用低。虽然工程投资偏高，但使用寿命长，经分析计算，若经济计算期取50年，方案一总费用（工程投资+维护管理费用）为678.01万元，方案二总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为829.81万元，方案三总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为913.92万元，因此从长远分析，方案一更为经济。

方案二、方案三为浆砌石衬砌结构，与钢筋混凝土结构相比，浆砌石勾缝多，结构整体性相对较差；施工过程以人力为主,施工质量不易保证；易破损，使用寿命相对较短，仅为混凝土结构的一半。交口抽渭灌区北干渠北倪站、东干渠蒲阳站、南王站等站前为深挖方渠段且地下水位较高，采用浆砌石衬砌，2011年持续强降雨，灌区地下水位急剧上升，出现大面积明水，站前渠道均水毁严重，内坡土方垮塌，砌石边坡破损滑落，渠道淤积极为严重，直接导致泵站无法正常开机引水。所以，在初设阶段，经多方研究反复论证，本次西干渠0+725～1+965段改造横断面设计不选用方案二、方案三。

综上所述，方案一明显优于其他方案，故方案一为推荐方案。

3 渠道横断面设计

西干渠0+725～1+965段过水断面改造为矩形，采用C25、F50、W6现浇钢筋混凝土结构。矩形断面净尺寸：B×H=2.3 m×2.4 m，下部设置200 mm×200 mm倒角。侧墙背水面为折线型，距墙顶0.3 m范围内墙厚为0.3 m，距墙顶0.3 m～2.4 m范围内墙厚为0.3 m～0.5 m。底板厚0.4 m，下设100 mm厚C15素混凝土垫层及400 mm厚碎石垫层。侧墙沿纵向每3 m设两处φ80PVC排水管，排水管两端采用无纺布土工织物包扎，并在下部铺设反滤层。渠道每9 m设一道横向伸缩缝，伸缩缝下部用BW型遇水膨胀止水条填充，上部用M10.0水泥砂浆封口。

渠深的拟定：西干渠0+725～1+965原设计渠深、衬砌深为2.3 m。由于西干泵站机组搭配不甚匹配，水量调度不便，泵站常需雍水运行，站前渠道水位较高。高水位运行，有时水位超衬砌板，致使内坡土体含水量增大，土体饱和，浸润线上长，降低了边坡自身稳定性。因此，本次设计考虑该段渠道起到一定的调蓄作用，结合灌溉运行实际，经分析计算，西干渠0+725～1+965段渠深、衬砌深拟定为2.4 m。

根据设计、加大、最小流量及比降按下式进行渠道水力计算：