驷马山灌区三级干渠续建方案设计研究

高焕涛

（蚌埠市江河水利工程建设有限责任公司,安徽 蚌埠 233000）

1 引言

渠道水利用系数对灌区水资源利用效率有较大的影响,为了节约水资源,改善灌区灌溉用水条件修建干渠工程是十分必要的[1-4]。渠道线路长,涉及范围广,需要综合考虑灌溉用水需求和经济、社会等多方面因素。结合驷马山灌区三级干渠续建工程,对干渠线路选取、方案设计进行研究。

驷马山灌区续建配套与节水改造工程范围控制在江淮分水岭以南,设计灌溉面积为244.4 万亩,灌区总面积为3950 km2,驷马山灌区输水主干渠目前只到黄疃分水闸,滁河四级站即将建成,为了满足滁河四级站的用水需求,需对三级干渠剩余段和四级站出水段进行建设。

2 续建三级渠道线路确定

20 世纪70 年代,驷马山灌区三级干渠已开挖至黄疃片灌区进水口（湾陈）,长5.0 km。续建开挖是从黄疃片灌区进水口至四级站,长约3.84 km。续建三级干渠线路布置的原则是：线路最短（最好是直线）、征地移民拆迁工程量最少、土方挖填尽可能平衡、渠系交叉建筑物尽可能少。

1980 年9 月安徽省水利勘测设计院编制了《驷马山引江灌溉续建、扩建工程上游灌区灌溉工程扩大初步设计（滁河一级站～江巷水库）修正规划说明书》。该报告对三级干渠湾陈～四级站比较了三条线路。即过白河坝上游后走下杨村以西或以东线路,简称西、中、东线。中线为经下杨村以东后转向西线,单纯从渠道土石方投资及泄洪渠土方投资等比较来看,渠线以西线为最省,但由于下杨村被西线干渠拦在白河坝上游,白河坝倒虹吸在遇超设计标准洪水时,将淹没下杨村,故需在三级干渠右堤予留溢口,允许部分洪水漫入干渠,然后经干渠泄洪闸泄入老河,泄洪闸底宽要由4 m加大至6 m,同时下杨村还需加子埂防洪,因此,从渠道土方及交叉建筑物处理工程等方面考虑,线路以走中线为宜,拟予选用。同时考虑挖压土地面积能比较均衡负担,便于土地调整,三级干渠过下杨村的渠线向上移动,穿破乌龙坝走杨世英北切岗到四站。

3 续建三级干渠深挖段方案断面选择

本次续建三级干渠总长3.84 km,根据干渠走向及地形情况,干渠多为挖方段,其中桩号5+000~7+500为填方或者浅挖方段,采用明渠型式,明渠总长2.50 km,桩号7+500 ~8+840（长1340 m）为深挖方段,现状地面高程高于设计水位5m以上。根据渠道输水能力要求,渠道深挖方段可采用隧洞、明渠和钢筋混凝土涵洞3 种方案。由于本次实施段沿线最高地面高程高于设计输水位仅为6.0 m,对于隧洞施工,洞顶覆土厚度小于5.0 m,不能满足规范规定的最小覆土厚度要求,故本段渠道不采用隧洞方案；三级干渠续建起始端水位31.4 m,渠底高程为27.9 m,滁河四级站进水闸前（桩号8+840）水位31.1 m,渠底高程27.6 m,因此三级干渠续建段总水头差仅为0.3 m,考虑到白河坝倒虹吸水头损失0.2 m,故沿程渠道仅剩0.1 m水头,渠道纵坡为1/15000,由于渠道纵坡较缓,如采用涵洞方案,动力水头不足,涵洞过水断面积较大,因此,本段渠道不采用涵洞建设方案,仍然采用明渠建设方案。明渠断面图见图1。

图1 明渠断面图

4 三级干渠渠道设计

1）渠道开挖及边坡护砌设计

本次续挖三级干渠总长3.84 km,设计标准断面为梯形断面（除倒虹吸和跌水外）,底宽21.0 m,设计流量71.4 m3/s。设计纵坡拟定为1/15000,边坡1∶2.5,水深3.5 m,安全超高与已建三级干渠渠堤标准一致,采用设计洪水位+1.0 m。根据干渠走向及地形情况,部分渠段需要新筑堤防,堤防采用梯形断面,顶宽5.0 m,坡比1∶2.5。

为了消除渠堤滑坡、渗漏等不利影响,降低渠道糙率,本设计拟对渠道两侧迎水坡采用C20 砼预制块进行护砌,衬砌顶高程为渠底至设计灌溉水位,预制块厚度为0.12 m,下垫0.1 m厚瓜子片垫层,衬砌顶部设0.25 m×0.4 m（宽×高）C20 砼压顶,底部设0.25 m×0.4 m（宽×高）C20 砼护脚。

2）纵断面设计

三级干渠始于滁河三级站出水池,终止于滁河四级站拦污闸前,总长8.84 km。滁河三级站出水池渠道设计输水位为31.7 m,渠底高程28.2 m,总水头为0.6 m。已建三级干渠末端桩号5+000,该处设计水位31.4 m,渠底高程为27.9 m,因此,三级干渠已建段渠道（桩号0+000~5+000）设计纵坡为1/15000,三级干渠续建起始端水位31.4 m,渠底高程为27.9 m,滁河四级站进水闸前（桩号8+840）水位31.1 m,渠底高程27.6 m,因此三级干渠续建段总水头差仅为0.3 m,考虑到白河坝倒虹吸水头损失0.05 m,故沿程渠道剩0.25 m水头,剩余渠道长度3752 m,渠道纵坡为1/15000。渠道纵剖面见图2。

图2 渠道纵剖面图

3）渠道过流能力复核

过流量按下式计算：

式中：Q为流量；A为断面面积；C为谢才系数；R为水力半径；i为渠道纵坡；n为渠道糙率。

计算结果见表1,由表中数据可见,渠道断面满足过流能力要求。由第3.7 节分析可知,干渠③层重粉质壤土不冲流速为1.1 m/s,不淤流速为0.6 m/s~0.70 m/s,三级干渠设计流速为0.77 m/s,满足不冲不淤流速要求。

表1 明渠过流能力计算表

4）渠堤渗流稳定分析

根据渠道地形图、测量断面及规划参数,本次续建三级干渠多为挖方渠道,局部填方段渠道处设计水位仅略微高出地面,故该段渠道渗流稳定是安全的。

5）渠堤抗滑稳定分析

a） 计算断面选取

根据渠道地形图和地质剖面图中测量断面及剖面位置,本次抗滑稳定复核计算选取三级干渠渠堤桩号5+691 右岸、8+533 左岸断面作为代表断面,相应土层分布选取最近的地质横剖面,计算渠堤岸坡抗滑稳定情况。

b） 计算参数选取

计算断面各土层物理力学指标依照地质报告,经分析比较后仍采用,各层土的计算参数的具体指标见表2。

表2 渠堤土层物理力学指标建议值表

c） 抗滑稳定计算

渠堤堤坡稳定分析包括如下内容：非常运用条件Ⅰ,完建期工况,稳定渗流期+地震；正常运用条件,水位自设计水位31.3 m降落至29.8 m的工况。

抗滑稳定计算成果见图3、表3。

图3 抗滑稳定计算成果图

从表3 堤坡稳定计算成果看,堤坡稳定系数满足要求。8+533 断面坡面为膨胀土,坡面治理前各工况下计算坡面稳定系数虽大于规范规定最小稳定系数,但考虑到灌溉渠道水位变化、干湿交替频繁,膨胀土残余强度衰减周期长,参考类似工程经验,拟对三级干渠坡面存在膨胀土的开挖坡面高于5.0 m堤段进行坡面膨胀土治理。

表3 稳定计算安全系数成果表

5 结论

从线路选择、过水断面、过水流量、渠坡稳定性情况等多个方面对驷马山灌区三级干渠工程方案设计进行全面分析。通过分析,渠线方案需要综合考虑社会、经济、发展规划等多方面因素,经计算,采用梯形断面,C20砼预制块进行护砌可基本保证过水需求和渠坡安全,可为类似灌区渠道工程设计提供参考。