東河塘干渠優化設計方案比選與施工技術分析

陳紅川

(庫車縣銅場水庫管理站，新疆 庫車842000)

1 工程概況

東河塘干渠位于新疆庫車縣境內，該干渠在20世紀60 年代和90 年代經過兩次分段拆除重建，由于受資金等條件限制，拆除重建不徹底，且建設標準低。經多年運行，目前干渠破壞嚴重，水利用系數低，引水能力不足，造成東河塘鄉農業灌溉用水緊張，干渠的滲漏造成土壤次生鹽漬化。

為了解決上述問題，庫車縣水利局決定對東河塘干渠進行優化，恢復和增強干渠的農業節水灌溉作用。本次優化為干渠(0+000 ～14+061.7 段)防滲優化。干渠控制的灌溉面積為8 520 hm2，渠道長度14+061.7km，設計流量為6.8 ～4.16 m3/s，加大流量為8.5 ～5.41 m3/s。該干渠工程規模為中型，主要建筑物為4 級，次要建筑物為5 級。

2 工程地質條件

東河塘干渠地處庫車河下游沖洪積平原，干渠兩側為耕地及少量荒地，地表植被發育，地面松軟具鹽殼及白色鹽霜，為鹽漬土地區。渠道沿線地基土以低液限粉土為主，地基承載力90 kPa，地下水埋深(自地面)1.4 ～3.8 m。渠基土以低液限粉土為主，為凍脹性土，渠道水位高于地下水位，存在一定的滲漏。地基土滲透變形類型為流土，允許水力比降為0.475。工程區沿線地下水埋深0.2 ～1.8 m，局部高出渠底，高水位期為每年的3—4 月。

3 干渠存在的問題

東沙塘干渠存在以下4 個方面的問題:

1)渠道整體斷面偏小，過流能力不足，最大過流能力約6.3m3/s，輸水保證率低。工程實施后，渠道的輸水能力可提高到8.5 m3/s，滿足灌區用水要求。

2)渠道淤積、沖刷并存。邊坡砌石大部分滑落到渠底，造成渠道糙率增大，并產生嚴重淤積。土渠段發生沖刷及坍塌，預制板襯砌段由于凍脹及渠道邊坡較陡，導致預制板滑落至渠底造成渠道淤積［1］。工程的實施，可加大渠道引水量，使現狀渠道凍脹破壞問題得以解決。

3)渠道存在一定的滲漏。通過計算，干渠每年滲漏損失水量約667×104m3。改(擴)建后，可以減少滲漏損失水量，提高水利用系數，避免因水的滲漏而造成土壤次生鹽漬化。

4)渠道建筑物破壞嚴重，且部分不能滿足運行要求。

4 干渠優化設計方案比選分析

4.1 渠線方案比選

東河塘干渠渠線的選擇主要依據渠道現狀情況、沿線地形地貌、已建建筑物的利用情況;在該干渠右側有一條土排渠，全長15.78 km，并以少占農田，少破壞天然植被，工程投資少，保證渠道安全運行，便于管理為原則進行選擇［2］。該干渠渠線方案比較見表1。

表1 渠線方案比較

通過綜合比較，方案1 具有渠道短，投資少，運行安全，管理方便等優點。因此，選擇按原渠線進行優化的方案。

4.3 渠道設計方案比選

根據渠道布置及渠道沿線的地層巖性、地下水埋深等因素，滿足工程防沖、防滲、防淤、防凍脹等各項性能指標［3］，對渠道縱坡進行適當的調整，最終確定為1.0‰～2.2‰之間。

本次渠道橫斷面有3 種方案可供選擇:①方案1:梯弧形斷面;②方案2:梯形斷面;③方案3:梯形斷面弧底坡角。具體比選情況見下表2。

表2 橫斷面方案比選表

由表2 可知，3 個方案各方面差別不大，通過對三個方案的綜合比較，最終確定投資費用較低的梯弧形斷面為最終的施工方案。

4.4 渠道防滲及襯砌方案比選

結合本項目附近的水利工程情況，確定本項目采用預制混凝土板的防滲形式(其中0+000 ～3+634.4 段渠底利用原渠道拆下來的卵石做漿砌石砌筑)。

圖1 梯弧形斷面

由于東河塘干渠縱坡相對較緩，通過水力計算得出各段渠道流速均在2 m3/s左右，需對渠道采取防沖措施。經分析有3 種可選方案:

1)漿砌石方案:具有適應變形能力較大，施工簡單方便等特點。

2)混凝土預制板方案:具有施工周期短，施工難度較小等特點。

3)混凝土現澆板方案:具有整體性好，表面美觀，水力條件好等優點，但適應變形能力較差，施工周期較長，渠道沿線施工用水條件較差［4］。

綜合比較，該渠道推薦預制混凝土板作為渠道襯砌的最終方案。

5 工程布置

本工程主要布置14.06 km引水明渠、5 座節制分水閘、5 座分水口、1 座渡槽和8 座交通橋(其中保留3 座，拆除重建5 座)，共19 座渠系建筑物。

渠道沿線交通路具體布置如下:①0+000 ～5+517.8 段現狀沿線兩側多為荒地，無道路，不方便對渠道管理。設計在該段渠道布置伴行路，路寬4 m;②5+517.8 ～14+061.7 段渠道沿線有簡易道路，附近有瀝青道路伴行，并多處與渠道相交，方便對渠道管理，該段不再新設渠道伴行路。伴行路設計為20 cm厚砂礫石路面。

6 工程施工

1)干砌石及預制板的拆除。拆除時以人工為主，機械為輔。拆除后的卵石及混凝土板統一堆放于渠堤外側，方便對卵石的重復利用。

2)渠道清廢。主要是土方填筑范圍內的雜草、淤泥及腐殖土的清除。施工以機械為主，人工為輔，應注意清廢厚度的控制，以避免不必要的超挖。在對渠道清廢后用13.5 t凸塊振動碾碾壓，直至達到設計要求再進行下道工序。

3)土方開挖及回填。渠道土方開挖采用2 m3挖掘機挖甩，土方開挖以機械為主，人工為輔，利用方就近堆放，棄土堆在渠道兩側外坡角以外。本項目的土方回填是利用103 kW推土機推土、平土，13.5 t凸塊振動碾碾壓，人工輔助修坡、整平;砂礫石填筑標準:相對密度Dr ≥0.75，土料填筑標準:壓實度P≥95%。

4)防凍墊層施工采用平板振動夯逐層拖振，墊層要求分層回填，每層厚≤20 cm，振密實度應＞2.15 g/cm3。

5)預制凝土板施工。將骨料運至預制現場，利用0.4 m3移動式拌合機拌制，在震動臺上放置若干六凌塊模板，混凝土由人工從溜槽直接入模、平模，由振動板振實，人工灑水養護。將預制板拉運至渠道，采用人工砌筑，板間縫采用M10 砂漿閉縫。

7 結 語

綜上所述，通過對干渠優化方案設計比選，以及施工技術分析探討，較好地為干渠優化的資金利用、資源配置和工程施工順利進行奠定了基礎，從而提高了干渠的渠系水利用系數，有利于水資源的合理開發利用，改善了項目區灌溉生產條件，取得了很好的社會效益，也為以后類似的水利工程建設提供了可參考經驗。

［1］羅輝，曲卓杰，張晶.大型渠道設計與施工新技術研究綜述［J］.南水北調與水利科技，2009(06):50－53.

［2］劉家明，孫崢.引江濟漢干渠渠線選擇［J］.人民長江，2010(11):59－60.

［3］趙麗萍.莫索灣總干渠的改建設計［J］.水利科技與經濟，2014(09):82－84.

［4］張毅.沙漠地區輸水工程關鍵技術研究與應用［J］.水利水電技術，2005(07):99－102.