穿河涵洞在某工程中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

劉泓崴

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆巴音郭楞841000)

穿河涵洞在某工程中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

劉泓崴

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆巴音郭楞841000)

灌區(qū)水利工程建設(shè)關(guān)系著灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們的正常生活。近年來(lái)，我國(guó)新疆各灌區(qū)的水利工程改擴(kuò)建項(xiàng)目越來(lái)越多，無(wú)論從工程規(guī)模還是從技術(shù)要求方面，都給相關(guān)的設(shè)計(jì)與施工帶來(lái)了一定難度。穿河涵洞作為河道工程的節(jié)點(diǎn)，能夠有效保護(hù)河道下游構(gòu)筑物的安全、可靠運(yùn)行。文章結(jié)合若羌縣吾塔木鄉(xiāng)渡槽改建工程實(shí)例，對(duì)穿河涵洞的設(shè)計(jì)及應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行探討。

穿河涵洞;河道工程;涵洞設(shè)計(jì);設(shè)計(jì);應(yīng)用

1 工程概況

若羌縣吾塔木鄉(xiāng)渡槽改建工程位于巴音郭楞蒙古自治州若羌縣境內(nèi)。該工程座落于若羌縣城以南8 km處的吾塔木鄉(xiāng)干渠上，橫穿若羌河，該處屬若羌河中游段，河床寬約300 m。本工程設(shè)計(jì)流量為2 m3/s，加大流量為2.5 m3/s。工程主要包括渠道、陡坡、涵洞及排沙設(shè)施等。

2 穿河涵洞的設(shè)計(jì)

吾塔木鄉(xiāng)渡槽改建工程位于吾塔木鄉(xiāng)干渠上，是一座橫穿整個(gè)若羌河的無(wú)壓蓋板涵洞，擔(dān)負(fù)著若羌縣吾塔木鄉(xiāng)全鄉(xiāng)的農(nóng)田灌溉任務(wù)。本次設(shè)計(jì)主要由排砂設(shè)施工程和渡槽改建工程兩部分組成。工程主要建筑物包括涵洞、陡坡、渠道、防洪堤和排砂設(shè)施等組成。

2.1 涵洞的設(shè)計(jì)

2.1.1 縱坡設(shè)計(jì)

根據(jù)吾塔木鄉(xiāng)渡槽改建工程所在位置的地形和測(cè)量資料可知，涵洞的進(jìn)出口高程都有調(diào)節(jié)的余地。為了不讓水流中的泥沙在涵洞中產(chǎn)生淤積，涵洞的縱坡不宜過(guò)緩，再根據(jù)“吾塔木鄉(xiāng)渡槽改建工程1∶500地形圖”及測(cè)量河床橫斷面圖，把涵洞的縱坡初定為1/110。為了保證涵洞的安全運(yùn)行，其蓋板頂距河床的最小距離為2 m，確定涵洞的進(jìn)出口高程分別為939.55 m和936.72 m。通過(guò)水力計(jì)算可知，該縱坡滿足設(shè)計(jì)要求，最終確定渡槽縱坡為1/110。

2.1.2 斷面形式及襯砌方式的選擇

吾塔木鄉(xiāng)渡槽改建工程中設(shè)計(jì)的涵洞為無(wú)壓蓋板矩形涵洞。雖然涵洞洞頂填土厚度不大，當(dāng)?shù)貪{砌石料充足，石料的強(qiáng)度比混凝土高，耐磨性能比混凝土好，但設(shè)計(jì)流量較小，流速偏小，泥沙在涵洞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生淤積，給工程管理運(yùn)行帶來(lái)不便，所以設(shè)計(jì)采用混凝土矩形蓋板涵洞比較經(jīng)濟(jì)和實(shí)用［1］。涵洞水力要素可按明渠均勻流進(jìn)行計(jì)算，水力要素見(jiàn)表1。

表1 涵洞水力要素表

根據(jù)計(jì)算確定涵洞底板采用0.4 m厚C20現(xiàn)澆混凝土，邊墻采用0.5 m厚C20現(xiàn)澆混凝土直墻型式，涵洞頂鋪設(shè)0.20 m厚鋼筋混凝土蓋板。

2.1.3 水力計(jì)算及結(jié)構(gòu)尺寸

2.1.3.1 涵洞長(zhǎng)度的確定

本次改建工程設(shè)計(jì)時(shí)，為了不影響涵洞所在河床現(xiàn)狀的過(guò)流情況，維持河床現(xiàn)狀不變，在涵洞進(jìn)出口端的河堤堤頂預(yù)留了2 m的寬度，最終確定涵洞總長(zhǎng)度為311 m。

2.1.3.2 過(guò)水能力計(jì)算

式中:Q為涵洞設(shè)計(jì)流量，2.0m3/s;i為洞身比降，1/110;n為洞身糙率，0.017;R為水力半徑，R=A/x;A為涵洞過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2;x為濕周長(zhǎng)，m。

計(jì)算得，涵洞底寬1.80 m，高度0.9 m。為涵洞有足夠的空間進(jìn)行清淤，確定涵洞底寬為1.8 m，高度1.8 m。另外，為保證涵洞在洪水期安全，還應(yīng)對(duì)涵洞進(jìn)行防沖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)在涵洞下游擋土墻末端垂直河床方向設(shè)一防沖墻，并在涵洞蓋板頂鋪設(shè)0.3 m厚抗磨層。設(shè)計(jì)按建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，計(jì)算得在正常洪水，東渡槽河床過(guò)水時(shí)，沖刷深度最深，即 hd=4.07 m。考慮到涵洞蓋板頂在河床內(nèi)的最小埋深為2 m，所以設(shè)計(jì)涵洞蓋板頂至防沖墻末端底的高度為4 m，即河床至防沖墻末端底部的最小深度為6 m。

2.2 陡坡設(shè)計(jì)

本工程通過(guò)計(jì)算確定陡坡水平長(zhǎng)度為85 m，總落差為8.5 m，陡坡采用矩形蓋板斷面形式，底寬1.3 m，深1.1 m，邊墻采用C20細(xì)粒混凝土砌卵石重力式擋土墻型式;陡坡末端接消力池，池長(zhǎng)12.5 m，池深1.5 m，寬1.3 m，池底板采用C20現(xiàn)澆混凝土，厚0.6 m，底板末端設(shè)有齒墻，齒墻深2.1 m，厚0.5 m，邊墻采用C20現(xiàn)澆埋石混凝土重力式擋土墻，墻高由1.86 m漸變?yōu)?.9 m;消力池后接矩形漸變段，長(zhǎng)4.5 m，深1.8 m，底寬由1.3 m漸變?yōu)?.8 m，底板采用C20現(xiàn)澆混凝土襯砌，厚為0.3 m，漸變渠道邊墻采用C20現(xiàn)澆埋石混凝土重力式擋土墻，墻高2.4 m。

2.3 渠道設(shè)計(jì)

2.3.1 邊坡、縱坡

根據(jù)規(guī)范要求，渠道設(shè)計(jì)水深在＜1 m，土質(zhì)為夾砂卵石或砂土?xí)r，渠道最小內(nèi)邊坡數(shù)取1.0，外邊坡數(shù)取1.0。本工程上開(kāi)挖邊坡系數(shù)≥1.25，確定本工程設(shè)計(jì)渠道內(nèi)邊坡系數(shù)采用1.5，外邊坡系數(shù)采用1.5。雖然涵洞的進(jìn)口高程已經(jīng)確定，但渠道和涵洞之間由陡坡銜接，所以該段渠道的縱坡可按照地形自然坡降進(jìn)行調(diào)整。

2.3.2 襯砌方式的選擇

襯砌方式采用C20細(xì)粒混凝土砌卵石襯砌;渠道采用梯形明渠，渠道全斷面采用C20細(xì)粒混凝土砌卵石作為防滲與襯砌材料，C20細(xì)粒混凝土砌卵石襯砌厚度0.3 m;水泥采用抗硫酸鹽水泥。

2.4 導(dǎo)流堤設(shè)計(jì)導(dǎo)

本次設(shè)計(jì)在涵洞進(jìn)、出水口上下游河岸修建C20細(xì)粒混凝土砌卵石防洪堤，并修建C20細(xì)粒混凝土砌卵石基礎(chǔ)防止淘刷，護(hù)堤總長(zhǎng)130 m，其中左岸80 m，右岸50 m，斷面型式采用“刀”形，基礎(chǔ)深2.5 m，堤頂寬0.5 m，中部厚1.1 m，基礎(chǔ)厚0.6 m，背水面邊坡1∶0.4。

2.5 排砂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排砂系統(tǒng)工程位于若羌干渠引水渠首下游約2.5 km處，采用倒坡渠道防砂方案。

3 應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用效益

本次改建工程的實(shí)施完工，將改善灌區(qū)輸水條件，提高了下游灌區(qū)的灌溉保證率，穩(wěn)定了灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在涵洞進(jìn)出口端的河岸上下游修建防洪堤130 m，這樣不僅保護(hù)了涵洞進(jìn)出口，又增強(qiáng)防洪工程設(shè)施。

3.2 安全運(yùn)行

若羌河在該段為微淤積河床，原工程為跨河渡槽，主要受到河床淤積和洪水帶來(lái)的威脅。本次設(shè)計(jì)涵洞采用C20現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形斷面形式，并在涵洞蓋板頂鋪設(shè)了0.3 m厚的C20細(xì)粒混凝土砌卵石，以增加其抗磨性能，且涵洞下游側(cè)設(shè)一C20細(xì)粒混凝土砌卵石防沖墻，所以能夠降低洪水對(duì)涵洞造成的威脅。

3.3 工期短，確保灌溉

本工程采用穿河涵洞輸水形式，主體工程的施工工期相對(duì)較短;并且該方案施工時(shí)灌區(qū)的用水可以利用現(xiàn)有的渡槽進(jìn)行輸水，不會(huì)影響灌區(qū)的灌溉用水，在灌溉期也可以進(jìn)行施工，不用安排冬季施工，可縮短施工工期，涵洞上下游連接渠道在原吾塔木干渠下游側(cè)，當(dāng)來(lái)洪水時(shí)，原吾塔木干渠成為防洪堤，保護(hù)了該工程。

［1］毛建.TBM下穿河流涵洞施工技術(shù)分析［J］.科技傳播，2011(01):159－160.

TV87

B

1007－7596(2014)07－0227－02

2013－11－27

劉泓崴(1979－)，男，甘肅武威人，工程師。