石津干渠新壘頭橋至軍齊閘段工程設(shè)計(jì)淺析

張冠楠 李國(guó)章 呂 靜

（河北省石津灌區(qū)管理局 河北 石家莊 050051）

1 工程概述

河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程新壘頭橋至軍齊閘段第Ⅰ標(biāo)段渠道工程，位于307國(guó)道沿線北側(cè)，新壘頭橋下游至南小陳橋下游渠段，樁號(hào)為72+861～77+953，長(zhǎng)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(jí)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(jí)別為1級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。根據(jù) 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)，本渠段渠道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇。根據(jù) 《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，本渠段地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度。根據(jù) 《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203-97)，地震設(shè)計(jì)烈度為7度。

1.2 工程規(guī)模。本單位工程主要為渠道工程。渠道設(shè)計(jì)流量90 m3/s，加大流量97 m3/s。

1.3 工程布置。本段渠道總長(zhǎng)5 092 m，渠道設(shè)計(jì)橫斷面型式為梯形斷面，渠道縱坡1/7500，底寬23～27 m，內(nèi)邊坡1∶2。本標(biāo)段渠道縱坡基本維持現(xiàn)有渠道狀況，只是在現(xiàn)有渠道基礎(chǔ)上進(jìn)行局部開(kāi)挖和回填。渠道設(shè)計(jì)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(hù)坡。渠道邊坡襯砌厚度10 cm，底板襯砌厚度8 cm，渠坡下設(shè)聚苯乙烯保溫板(XPS)，陰坡保溫板厚6 cm，陽(yáng)坡保溫板厚4 cm，渠底不設(shè)保溫板。為防止外水進(jìn)入干渠，渠道左岸設(shè)防護(hù)堤埝或擋水墻，右岸307國(guó)道側(cè)設(shè)防護(hù)墻。本段渠道可利用307國(guó)道作為維護(hù)道路，不再單獨(dú)考慮運(yùn)行維護(hù)道路。渠道兩側(cè)設(shè)置隔離網(wǎng)欄。

2 工程規(guī)劃

2.1 氣象。工程區(qū)所在區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，夏秋兩季受太平洋副熱帶高壓控制，多東南風(fēng)，炎熱多雨，冬春季受西伯利亞和蒙古高壓控制，盛行西北風(fēng)，氣候干旱少雨。據(jù)沿線附近辛集市氣象站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，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(fēng)速 2.5 m/s，最大風(fēng)速 16 m/s，風(fēng)向?yàn)?NE，ENE，NW；多年平均無(wú)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(wěn)定凍結(jié)初日最早為11月26日，開(kāi)始解凍日期最晚為3月8日。

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

2.3 地質(zhì)

2.3.1 地形地貌。石津干渠新壘頭橋至軍齊閘段第二標(biāo)段(樁號(hào)77+953～83+303，長(zhǎng)5 350 m)位于太行山山前傾斜平原區(qū)，地勢(shì)西高東低，滹沱河是區(qū)域內(nèi)的主要河道，總體流向?yàn)槲髂稀獤|北方向。

2.3.2 地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，工程區(qū)位于一級(jí)構(gòu)造單元的中朝準(zhǔn)地臺(tái)，二級(jí)構(gòu)造單元的華北斷拗，橫跨冀中臺(tái)陷及臨清臺(tái)陷兩個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)域性斷裂構(gòu)造主要有定興—石家莊深斷裂、無(wú)極—衡水大斷裂及邢臺(tái)—安陽(yáng)深斷裂。

2.3.3 工程地質(zhì)條件。石津干渠現(xiàn)狀屬季節(jié)性輸水灌溉渠道，兼有向城市供水任務(wù)后將變?yōu)槌Ｄ晷暂斔汕９こ虆^(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水。根據(jù)2012年7月勘察資料，該渠段范圍內(nèi)地下水埋深大于25 m。工程區(qū)最大凍土深度45cm，未發(fā)現(xiàn)其它不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2.3.4 主要地質(zhì)問(wèn)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(kāi)挖后揭露地層為砂性土，與施工圖紙不符。參建各方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了查勘，研究決定將73+647～75+129渠道左岸按原設(shè)計(jì)施工，將此段定義為試驗(yàn)段，工程建成運(yùn)行期間加強(qiáng)對(duì)此段監(jiān)測(cè)。此段建成至今經(jīng)歷了三次春灌，臨時(shí)通水2年，未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

2.3.5 結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。①渠道斷面。本段渠道設(shè)計(jì)縱坡基本維持現(xiàn)狀，不進(jìn)行大的挖填，只在現(xiàn)狀渠道基礎(chǔ)上進(jìn)行局部修整。設(shè)計(jì)樁號(hào)72+861～74+233，底寬23 m，過(guò)水?dāng)嗝孢吰孪禂?shù)1∶2.0；設(shè)計(jì)樁號(hào)74+266～75+731，底寬27 m，過(guò)水?dāng)嗝孢吰孪禂?shù)1∶2；設(shè)計(jì)樁號(hào)75+761～77+953，底寬23 m，過(guò)水?dāng)嗝孢吰孪禂?shù)1∶2；渠段變化處設(shè)置漸變段，設(shè)計(jì)水深3.112～3.408 m，左岸范家莊村渠段設(shè)置擋水墻，以避免占?jí)旱缆泛头课荩渌袟l件渠段設(shè)置擋水埝。右岸設(shè)置防護(hù)墻。②渠堤填筑。渠堤采用壤土填筑，設(shè)計(jì)填筑壓實(shí)度不小于0.98。填筑含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量附近，其上、下限偏離最優(yōu)含水量不超過(guò)-2%～+3%。③渠道襯砌。渠道過(guò)水?dāng)嗝娌捎矛F(xiàn)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(qiáng)度等級(jí)C20，抗凍等級(jí)F150，抗?jié)B等級(jí)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(shè)置2 cm厚聚硫密封膠。

3 渠道斷面優(yōu)化

3.1 優(yōu)化原因。新壘頭橋至軍齊閘段為現(xiàn)有渠道改造工程，為節(jié)省工程量，確保渠坡襯砌穩(wěn)定性，原設(shè)計(jì)充分利用現(xiàn)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(diǎn)，保持渠道順直。

3.2 渠道斷面優(yōu)化。經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核，取消橋梁上、下游部分拐點(diǎn)后，西大陳橋、東大陳橋、北大過(guò)橋中心線與原中心線偏差較大，橋梁上、下游水流與橋墩產(chǎn)生夾角，易產(chǎn)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(nèi)為20 cm厚鋼筋混凝土襯砌，具有一定的抗沖刷能力，為達(dá)到渠線順直、美觀的要求，對(duì)橋梁上下游的中心線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。