渠道邊坡坡比調整分析

劉大鵬

河北省水利水電勘測設計研究院

渠道邊坡坡比調整分析

劉大鵬

河北省水利水電勘測設計研究院

南水北調配套工程石津干渠藁城段利用現有石津灌區總干渠進行改造。砂性土渠段渠坡坡比多采用1:2.75，相應的渠道兩岸占地范圍較大，本設計方案對局部渠段進行換填壤土處理，坡比進行調整，以減少渠道占地。

南水北調配套；石津干渠；邊坡坡比；調整

1 工程概況

石津干渠是石津灌區的骨干輸水工程，從黃壁莊水庫引水，途經鹿泉市、石家莊市、藁城市、晉州市、辛集市、深州市、武強縣等縣市。南水北調中線工程建成后，石津干渠作為向滄州、衡水輸水的配套工程，將具有城市供水的功能。

石津干渠北莊至晉州西段是石津干渠工程的重要組成部分，上接石家莊市區段，下連晉州市區段，起點樁號為20+122，終點樁號53+710，全長33.588km。本段劃分5個土建標，其中Ⅲ標范圍為梨園莊節制閘下游至郭莊橋下游，設計樁號37+450～42+750，線路全長5.3km，大部分渠道位于藁城市區，原設計本段左側為公園路和房屋，且渠坡存在較厚的細砂層，坡比為1:2.75，渠道設計底寬14m，渠道縱坡1/3000，并在渠道左側坡頂設擋土墻。

在現場施工中，汽車站橋至昌盛橋（樁號38+166～40+085）渠段右岸沿渠帶狀公園大部分被占壓，為保證工程建設順利進行，對汽車站橋至昌盛橋段渠道邊坡進行換（回）填壤土處理。

2 工程地質

汽車站橋至昌盛橋渠段總長1.919km，勘探深度范圍內揭露的地層均為第四系全新統沖洪積（al+plQ4）地層，巖性主要有壤土、粘土、砂壤土、細砂及中粗砂等。渠道地質為粘砂雙層結構，邊坡穩定性差、中等滲漏。

3 渠道變更設計

3.1 原渠道設計

渠道位于藁城市區，左側為公園路和房屋，右岸為307國道，且渠坡存在較厚的細砂層。渠道橫斷面為梯形斷面，渠道設計底寬14m，邊坡1:2.75，渠道縱坡1/3000，設計水深3.32～3.82m。渠段內有4座橋梁，橋下設置加厚襯砌，與渠道襯砌平順連接。

3.2 變更后渠道設計

3.2.1 斷面設計

變更后渠道軸線與原設計一致，橫斷面仍為梯形斷面，底寬為14m，縱坡為1/3000，兩側渠道邊坡坡比由1:2.75調整為1:2，汽車站橋及昌盛橋橋下設置漸變段，與上下游原1:2.75邊坡順接。渠坡及坡腳回填采用壤土，局部渠段渠坡及坡腳換填壤土。

3.2.2 邊坡穩定分析

浸潤線計算采用河海大學水工結構有限元分析系統（Auto?BANK v5.0）進行計算。邊坡穩定根據SL274—2001《碾壓式土石壩設計規范》，采用瑞典圓弧法進行計算，計算程序選用河海大學土石壩穩定分析系統（HH—Slope r1.2）。

3.2.2.1 計算斷面選取

依據地質巖性劃分和斷面設計情況選取樁號38+362.9斷面作為典型斷面進行邊坡穩定分析，邊坡穩定計算斷面參數如表1。

表1 邊坡穩定計算斷面參數

3.2.2.2 計算成果

按上述參數對本段渠道的典型斷面進行邊坡穩定計算。計算結果見表2。

表2 典型斷面邊坡抗滑穩定計算成果

3.3 變更后水面線推算及過流能力分析

本段渠道邊坡坡比調整后，渠道設計流量、加大流量分別為130，140m3/s，糙率為0.015，底寬14m，縱坡為1/3000，以上要素均與變更前一致。仍以一干進水閘設計水位作為控制點水位，按明渠恒定非均勻流公式推算變坡后渠道水面線。水面線推算能量方程如下：

式中Z1為下游斷面對應水位；Z2為上游斷面對應水位；V1為下游斷面對應流速；V2為上游斷面對應流速；hw為上下游斷面間水頭損失。

水力計算成果如表3。

表3 渠道水力計算成果

通過水力計算分析可知，由于過水斷面變小，設計水位和加大水位最高增大0.05m，故將本變更范圍內渠坡襯砌加高0.05m。

4 變更設計對投資的影響

4.1 主要建筑工程投資變化

本次變更設計采取渠坡換（回）填壤土方案，適當調整渠道邊坡，使渠道上開口占地范圍縮小，解決了左右岸占壓實物的問題。但由于邊坡變陡，要滿足穩定要求，回填料由原設計的開挖土變成壤土，增加了壤土用量。

本渠段變更設計前主要建筑工程投資為1549.46萬元，變更后為1634.98萬元，增加85.52萬元。

4.2 占遷投資變化

變更前后均在石津渠原有管理范圍內，永久占地數量未發生變化。變更后工程占壓成樹減少780棵，暖氣管道支護長度減少1900m。渠段變更設計前主要實物量投資為30.18萬元，變更后為6.84萬元，減少了23.34萬元。

5 結語

（1）本次變更設計采取渠坡換（回）填壤土方案，適當調整渠道邊坡，使渠道上開口占地范圍縮小，解決了渠道右岸坡頂占壓帶狀公園難以協調的問題，能夠加快施工進度，保證工期。渠道坡比變更后梨園莊節制閘下游水位略有抬高，但對節制閘過流能力未造成影響，仍滿足設計要求。

（2）由于邊坡變陡，要滿足穩定要求，回填料由原設計的開挖土變成壤土，增加了壤土用量，相應的土建工程投資增大。

（3）石津干渠沿線土地資源利用矛盾突出，采用壤土換（回）填等措施調整邊坡坡比不失為解決渠道占地、增加城區綠化的有效途徑。另一方面，結合對占壓實物價格水平及數量的綜合分析，征遷不存在難度的緩邊坡渠段，進行換填與征遷投資比較分析也是有必要的。

[1]河北省水利水電勘測設計研究院.河北省南水北調配套工程石津干渠工程北莊至晉州西段初步設計報告（核定稿）[R].2013

[2]河北省水利水電勘測設計研究院.河北省南水北調配套工程石津干渠工程北莊至晉州西段汽車站橋至昌盛橋渠段渠道邊坡變更設計報告[R].2014

[3]陳祖煜.土質邊坡穩定分析——原理·方法·程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[4]張偉民.土壩在水庫水位下降期的滑坡機理[J].中國農村水利水電，2004（8）:48-50

劉大鵬（1981-），男，河北唐海人，工程師，研究方向：水利工程設計。