景電二期延伸向民勤調(diào)水工程輸水建筑物型式比選

謝世良

（甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 前言

甘肅省武威市景電（景泰川電力提水）二期延伸向民勤調(diào)水工程主要任務(wù)是確保石羊河蔡旗斷面實(shí)現(xiàn)年調(diào)水水量近期2010年年調(diào)水0.49億m3，遠(yuǎn)期2020年不小于0.79億m3的目標(biāo)，以增加石羊河尾閭青土湖的生態(tài)補(bǔ)水量，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。工程建設(shè)主要內(nèi)容是將景電二期向民勤調(diào)水渠下段河道整治工程調(diào)整為民勤調(diào)水渠道延伸工程，自建成通水運(yùn)行的民調(diào)工程末端新建長(zhǎng)24.57 km渠道，將民調(diào)水量輸送至蔡旗水文站上游匯入石羊河，同時(shí)考慮利用民調(diào)延伸工程加大調(diào)水3000萬m3至石羊河蔡旗斷面，以最大程度發(fā)揮工程效益。

工程輸水渠線主要位于洪水河右岸武威盆地沖洪積平原及沙漠戈壁上，工程區(qū)地理環(huán)境特殊，地形落差較大，縱坡較陡。本文根據(jù)輸水渠線穿越的地形、地貌、地理與地質(zhì)環(huán)境條件，以及工程技術(shù)特性，對(duì)主體建筑物輸水方式及其結(jié)構(gòu)型式，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析比選。

1 輸水方式選擇

輸水渠線基本按垂直等高線下行布置，地形落差較大，渠道縱坡較陡，輸水水頭富余，具備采用自流重力方式輸水的良好技術(shù)條件，可選擇采用無壓明流輸水及有壓管流輸水兩種輸水方式。無壓明流輸水方式主體建筑物主要為明渠、暗渠及管道，有壓輸水方式主要采用管道。輸水渠（管）線下游段兩種輸水方式工程量相差不大，工程投資主要取決于渠（管）輸水?dāng)嗝娉叽缂捌洳馁|(zhì)。

渠道全線分段加大輸水流量2.57 m3/s～6.3 m3/s不等，變幅較大，最大變幅絕對(duì)量為3.73 m3/s，渠（管）道斷面以最大輸水流量控制。

無壓明流輸水暗渠可選用鋼筋混凝土箱涵，以及普通鋼筋混凝土管及玻璃鋼夾砂管兩種管型。有壓輸水管道可選用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管及玻璃鋼夾砂管兩種管型。由于渠線縱坡較大，采用有壓輸水方式時(shí)，輸水管徑略小于無壓明流輸水管徑，且因?qū)懿囊筝^高，因此，相應(yīng)投資較高；采用無壓明流輸水時(shí)，玻璃鋼夾砂管較高，鋼筋混凝土箱涵及普通鋼筋混凝土管道投資較低，若采用明渠輸水，則投資可進(jìn)一步降低。

有壓輸水方式管徑按照滿足最大流量過流，綜合考慮總水頭損失及經(jīng)濟(jì)流速等因素設(shè)計(jì)，在小流量輸水時(shí)，為避免管道出現(xiàn)明滿流交替的不良流態(tài)，保證管道內(nèi)形成穩(wěn)定壓力流，沿途需分段設(shè)置水流調(diào)控設(shè)施，增加工程投資的同時(shí)，也給工程運(yùn)行管理帶來不便。

依據(jù)渠線輸水流量、水頭、縱坡等工程技術(shù)特性，無壓明流輸水方式渠道在不同流量下均為自由水面，僅渠內(nèi)水深及流速不同，對(duì)渠道運(yùn)行及其管理影響程度相對(duì)較小。綜上，景電二期延伸向民勤調(diào)水工程渠道全線采用無壓明流輸水方式。

2 輸水建筑物型式選擇

景電二期延伸向民勤調(diào)水工程輸水渠全線采用無壓明流輸水方式，輸水渠線后段占地類型基本為農(nóng)田耕地，采用梯形明渠時(shí)，渠道口寬較大，永久占地相應(yīng)較多。本著盡可能減少占用耕地，減輕對(duì)土地現(xiàn)狀影響的原則，輸水渠道斷面應(yīng)采用暗渠及矩型明渠兩種型式。暗渠輸水型式主要有現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵及各類管道，依據(jù)設(shè)計(jì)縱坡與輸水流量，考慮無壓明流輸水管道內(nèi)凈空高度與凈空面積的限制要求，經(jīng)分析計(jì)算，管徑應(yīng)不小于2.0 m。

經(jīng)對(duì)目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用相對(duì)較為廣泛的各類材質(zhì)管道進(jìn)行比對(duì)篩選，考慮投資低、適用性強(qiáng)、管理方便，以及施工簡(jiǎn)單快捷等因素，適宜的管道類型主要有普通鋼筋混凝土管、高密聚乙烯螺旋管（HDPE管）、玻璃鋼夾砂管（FRPM管），以及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）。

玻璃鋼夾砂管（FRPM管）及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）由于口徑較大，造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性較差，不宜采用；高密聚乙烯螺旋管（HDPE管）難以適應(yīng)沙漠戈壁環(huán)境，且施工要求嚴(yán)格，管護(hù)維修不方便，因此，也不予考慮。重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵及普通鋼筋混凝土管進(jìn)行比選。

2.1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵

現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵為最常用的輸水建筑物結(jié)構(gòu)型式之一，應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)可靠，已有大量成功的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)效果較好，可廣泛適應(yīng)多種地形、地貌及地基工程地質(zhì)條件，且渠身結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，渠道分段長(zhǎng)度可達(dá)10.0 m～15.0 m，總體分段接縫少，可全面有效控制減少渠道滲漏，同時(shí)，具備全線分段同時(shí)施工的條件，對(duì)工期安排影響小。

2.2 普通鋼筋混凝土管

普通鋼筋混凝土管抗內(nèi)外壓強(qiáng)度較高，使用壽命長(zhǎng)，管道接口采用柔性橡膠圈密封止水，具有施工方便、造價(jià)低、抗震能力較強(qiáng)、不易結(jié)垢、耐腐蝕等技術(shù)特點(diǎn)，但口徑較大時(shí)，施工運(yùn)輸及安裝難度加大。因其接口處材料剛性及強(qiáng)度較為脆弱，易出現(xiàn)脫節(jié)及開裂，且直徑大于2.0 m的管節(jié)長(zhǎng)度一般僅為2.0 m，造成管道接口較多，不利于防滲。

2.3 綜合分析比選

兩種輸水結(jié)構(gòu)型式均投資相對(duì)較低，且都具有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，故重點(diǎn)考慮防滲要求，普通鋼筋混凝土管易出現(xiàn)脫節(jié)及開裂，且管道接口眾多，不利于防滲，而現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵單跨長(zhǎng)度較長(zhǎng)，接縫相對(duì)較少，且接縫處可做到可靠止水，防滲效果好，并運(yùn)行可靠性方面明顯優(yōu)于普通鋼筋混凝土管。現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵及普通鋼筋混凝土管主體建筑工程投資情況見表1。工程投資方面，現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵技術(shù)方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。

表1 工程投資比較

現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵暗渠衛(wèi)生防護(hù)條件較好，輸水水質(zhì)受外界環(huán)境污水及污物等污染影響甚微，密閉環(huán)境輸水水量不產(chǎn)生蒸發(fā)損失，且不受非法截流影響，對(duì)自然條件、地形、地物、穿越障礙物，以及地理環(huán)境條件的適應(yīng)性強(qiáng)，限制少。箱涵暗渠占地相對(duì)較少，輸水線路所經(jīng)之處破壞少，易恢復(fù)，對(duì)原有自然生態(tài)影響相對(duì)較輕。工程運(yùn)行期箱涵暗渠維護(hù)工作量少，管理方便。箱涵暗渠渠頂回填一定深度后仍可作為農(nóng)田耕種，可有效減少工程占地及保持現(xiàn)有地塊的完整性，最大限度減輕對(duì)現(xiàn)狀灌區(qū)自然條件的改變。明渠輸水在沙漠戈壁環(huán)境中，水量蒸發(fā)損耗大，且存在人為非法截流可能性，衛(wèi)生防護(hù)條件差，易受外界環(huán)境影響，水質(zhì)污染難以避免。明渠永久性占地相對(duì)多，對(duì)原有自然環(huán)境影響相對(duì)較嚴(yán)重，工程運(yùn)行期維護(hù)管理工作量相對(duì)較大。景電二期延伸向民勤調(diào)水工程輸水渠下游渠段穿越村莊或距村莊較近，輸水受人為等外界環(huán)境影響較重，確保水質(zhì)不受污染及防止非法截流，是工程設(shè)計(jì)的重要考慮因素。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較，景電二期延伸向民勤調(diào)水工程輸水渠全線采用無壓明流現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵輸水結(jié)構(gòu)型式，典型現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵橫剖面見圖1所示。箱涵現(xiàn)澆鋼筋混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25F150W6，一般地段夯填厚300.0 mm砂礫石換基處理，遇濕陷性土層且厚度大于300.0 mm地基時(shí)，將濕陷性土層全部清除，采用含土量小于8.0‰的風(fēng)積砂換填，然后在其上填筑砂礫石至設(shè)計(jì)建基面，渠堤兩側(cè)邊坡采用草方格護(hù)坡。

圖1 典型現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵橫剖面（尺寸單位:mm）

3 結(jié)語

經(jīng)比選，確定全線采用無壓明流輸水方式，現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵輸水結(jié)構(gòu)型式。實(shí)踐表明，現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵暗渠運(yùn)行良好、管理及維護(hù)方便，確保水質(zhì)安全，最大限度降低了水量蒸發(fā)及滲漏損失，杜絕了非法截流，對(duì)特殊地理環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，渠道沿線工程建設(shè)開挖現(xiàn)已覆土恢復(fù)農(nóng)田耕作，最大限度減輕了對(duì)原灌區(qū)的影響。鋼筋混凝土箱涵的使用，使輸水保證率達(dá)到95.0%以上，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)于鞏固提升石羊河流域治理成果，恢復(fù)和改善流域生態(tài)環(huán)境。可為類似地理環(huán)境及生態(tài)保護(hù)區(qū)水利工程輸水建筑物選型提供良好借鑒。