石津干渠新壘頭橋至軍齊閘段工程設計淺析

張冠楠 李國章 呂 靜

（河北省石津灌區管理局 河北 石家莊 050051）

1 工程概述

河北省南水北調配套工程石津干渠工程新壘頭橋至軍齊閘段第Ⅰ標段渠道工程，位于307國道沿線北側，新壘頭橋下游至南小陳橋下游渠段，樁號為72+861～77+953，長5 092 m，渠道穿越教育路橋、范莊西橋、范莊東橋、南小陳橋等。

1.1 工程等別及建筑物級別。石津干渠新壘頭橋至軍齊閘段工程等別為Ⅰ等，主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3級。根據 《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)，本渠段渠道設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準100年一遇。根據 《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，本渠段地震動峰值加速度為0.10 g，相當于地震基本烈度Ⅶ度。根據 《水工建筑物抗震設計規范》(SL203-97)，地震設計烈度為7度。

1.2 工程規模。本單位工程主要為渠道工程。渠道設計流量90 m3/s，加大流量97 m3/s。

1.3 工程布置。本段渠道總長5 092 m，渠道設計橫斷面型式為梯形斷面，渠道縱坡1/7500，底寬23～27 m，內邊坡1∶2。本標段渠道縱坡基本維持現有渠道狀況，只是在現有渠道基礎上進行局部開挖和回填。渠道設計超高以下斷面采用混凝土襯砌，超高以上均采用混凝土框格護坡。渠道邊坡襯砌厚度10 cm，底板襯砌厚度8 cm，渠坡下設聚苯乙烯保溫板(XPS)，陰坡保溫板厚6 cm，陽坡保溫板厚4 cm，渠底不設保溫板。為防止外水進入干渠，渠道左岸設防護堤埝或擋水墻，右岸307國道側設防護墻。本段渠道可利用307國道作為維護道路，不再單獨考慮運行維護道路。渠道兩側設置隔離網欄。

2 工程規劃

2.1 氣象。工程區所在區域屬暖溫帶大陸性季風氣候區，夏秋兩季受太平洋副熱帶高壓控制，多東南風，炎熱多雨，冬春季受西伯利亞和蒙古高壓控制，盛行西北風，氣候干旱少雨。據沿線附近辛集市氣象站實測資料統計，多年平均氣溫12.6℃，最冷月為1月，平均氣溫-3.5℃，極端最低氣溫-22℃，多年平均風速 2.5 m/s，最大風速 16 m/s，風向為 NE，ENE，NW；多年平均無霜凍期192.1 d，霜凍一般始于10月下旬，終于次年4月中旬；最大凍土深度45 cm，穩定凍結初日最早為11月26日，開始解凍日期最晚為3月8日。

2.2 水文。工程區所在區域多年平均水面蒸發量1 955.2 mm(20 cm口徑蒸發皿)；多年平均降水量498 mm，降水量年內、年際分配懸殊，年內降水量的77%左右集中于汛期，且多以暴雨形式出現，而暴雨又多出現在7月下旬至8月上旬。

2.3 地質

2.3.1 地形地貌。石津干渠新壘頭橋至軍齊閘段第二標段(樁號77+953～83+303，長5 350 m)位于太行山山前傾斜平原區，地勢西高東低，滹沱河是區域內的主要河道，總體流向為西南—東北方向。

2.3.2 地質構造。根據區域地質資料，工程區位于一級構造單元的中朝準地臺，二級構造單元的華北斷拗，橫跨冀中臺陷及臨清臺陷兩個三級構造單元。區域性斷裂構造主要有定興—石家莊深斷裂、無極—衡水大斷裂及邢臺—安陽深斷裂。

2.3.3 工程地質條件。石津干渠現狀屬季節性輸水灌溉渠道，兼有向城市供水任務后將變為常年性輸水干渠。工程區地下水類型為第四系孔隙潛水。根據2012年7月勘察資料，該渠段范圍內地下水埋深大于25 m。工程區最大凍土深度45cm，未發現其它不良地質現象。

2.3.4 主要地質問題及施工處理。73+647～75+129渠道左岸施工圖紙中土體巖性為壤土，施工期間開挖后揭露地層為砂性土，與施工圖紙不符。參建各方對現場進行了查勘，研究決定將73+647～75+129渠道左岸按原設計施工，將此段定義為試驗段，工程建成運行期間加強對此段監測。此段建成至今經歷了三次春灌，臨時通水2年，未出現質量問題。

2.3.5 結構要點。①渠道斷面。本段渠道設計縱坡基本維持現狀，不進行大的挖填，只在現狀渠道基礎上進行局部修整。設計樁號72+861～74+233，底寬23 m，過水斷面邊坡系數1∶2.0；設計樁號74+266～75+731，底寬27 m，過水斷面邊坡系數1∶2；設計樁號75+761～77+953，底寬23 m，過水斷面邊坡系數1∶2；渠段變化處設置漸變段，設計水深3.112～3.408 m，左岸范家莊村渠段設置擋水墻，以避免占壓道路和房屋，其他有條件渠段設置擋水埝。右岸設置防護墻。②渠堤填筑。渠堤采用壤土填筑，設計填筑壓實度不小于0.98。填筑含水量應控制在最優含水量附近，其上、下限偏離最優含水量不超過-2%～+3%。③渠道襯砌。渠道過水斷面采用現澆混凝土襯砌。邊坡襯砌厚度為10 cm、渠底襯砌厚度為8 cm。襯砌混凝土強度等級C20，抗凍等級F150，抗滲等級W6。挖方渠道橫縫間距采用4 m，填方渠道橫縫間距采用3 m，渠道縱縫間距為4 m，伸縮縫為通縫(貫通襯砌板厚)，縫寬1 cm，縫間填塞聚乙烯閉孔泡沫板，迎水面設置2 cm厚聚硫密封膠。

3 渠道斷面優化

3.1 優化原因。新壘頭橋至軍齊閘段為現有渠道改造工程，為節省工程量，確保渠坡襯砌穩定性，原設計充分利用現有渠道斷面，盡量少挖、少填。為保證水流順暢，橋下渠道中心線與橋墩中心線平行布置。橋上下游減少渠道拐點，保持渠道順直。

3.2 渠道斷面優化。經設計復核，取消橋梁上、下游部分拐點后，西大陳橋、東大陳橋、北大過橋中心線與原中心線偏差較大，橋梁上、下游水流與橋墩產生夾角，易產生偏流。考慮到本渠道為全斷面襯砌，橋梁上下游一定范圍內為20 cm厚鋼筋混凝土襯砌，具有一定的抗沖刷能力，為達到渠線順直、美觀的要求，對橋梁上下游的中心線進行適當的調整。