引水灌溉項目管道穿越工程設計分析

□陳頂柯

（內鄉縣水利技術指導站）

0 引言

在引水灌溉項目中，管道穿越工程由于管線分布廣、線路長，不可避免地要與河流、高地、交通路線等交叉，受條件限制無法采用開槽施工，，因此非開挖穿越施工技術因施工空間較小，不影響交通及河道行洪，應用越來越廣泛。

1 工程概況

供水灌溉項目區降水量豐沛，多年平均降水量為1 056 mm。降水量的年際分配不均勻，降水量的年內分配也不均勻，雨量多集中于夏季，6—9月降水量占全年降水量的60%以上，其中7、8 月份占全年降水量的38%。另一降水量較多的時段為4—5月，占全年降水量的16.70%，而降水量最小的12—2月三個月的降水量只占全年降水量的6.70%。

供水灌溉項目區無過境水補給，可供工、農業和生活用水資源，只有當地地表徑流和地下水。市內多年平均天然水資源總量20 063萬m3，全市人均630 m3，耕地畝均629 m3，水資源相對較貧乏，且分布不均勻，開發利用限制因素很多，實際利用還要做很多工作。

供水灌溉項目區多為管道埋設，穿越溝道施工時，采用上下游圍堰，材料采用土圍堰，尺寸為高1.50 m，頂寬2 m，邊坡1：1。穿越道路施工時，采用破路直埋形式，完工后恢復原路面。

2 引水灌溉項目穿越工程設計

2.1 穿越道路設計

管線穿越公路段持力層主要為第⑤土層重粉質壤土層，地基承載力特征值為fa=130 kPa；勘察期間，測得地下水主要分布在第⑥土層粉質粘土層中，局部分布在第⑤土層重粉質壤土層中，地下水埋藏稍深，地下水對管線穿越公路施工基本不會產生影響。管線穿越道路施工時，建議增設護管。

灌溉管線共穿越道路33 處，多為村級公路，路面平均寬5 m。穿越道路均采用破路埋管施工，輸水管道外套混凝土管2級管。混凝土管直徑比輸水管直徑大0.60 m，然后用自密式C15混凝土填充，平均每處4根混凝土管8 m長。經統計Φ1 500混凝土管96 m，Φ1200 混凝土管88 m，Φ1000 混凝土管80 m，總長264 m。管頂覆蓋厚度≥1.50 m。

施工時應修建臨時鋪道，待施工完畢后，按原規模恢復原道路，并拆除鋪道。工程共有33條道路需要明挖直埋，破路面積660 m2。見表1。

表1 管線穿路統計表

2.2 穿越小型溝渠設計

管線沿線穿越溝渠段建議采用倒虹吸形式，所涉及到的地層巖性依次第⑤土層重粉質壤土和第⑥土層粉質粘土，地基承載力特征值分別為130和160 kPa。地基土地質結構為粘性土單一結構，均為中壓縮性，無軟弱夾層和不良地質現象。建議管線埋置深度在溝渠段埋深應≥1.50 m，且應采取護砌防止河水沖刷措施。

供水管線共穿越小型溝渠14處，溝渠底較窄，寬為3～40 m，邊坡均＜1∶2 m。經綜合考慮，本次管線穿越溝渠段采用倒虹吸形式，埋深要大于溝道沖刷深度。

河床沖刷深度采用以下公式計算：

式中：△hp—從河底算起的局部沖深（m）；α—水流流向與岸坡交角，（°），取60°；m—防護建筑物迎水面邊坡系數，取1.50；d—坡腳處土壤計算粒徑（cm），取0.04；Vj—水流局部沖刷流速（m/s），取1.40 m/s。

經計算溝渠沖刷最大深度一般為0.50～1 m 之間，本次管頂覆土厚度按≥1.50 m進行設計，底管長度為8～40 m，管道縱坡≤1：3，回填后壓實度≥0.90，對管道爬坡段及穿越河溝段，采用0.30 m 厚M7.5 漿砌石護體防護，以防止回填土被沖刷。見表2。

表2 管線穿溝渠統計表

2.3 穿越水庫上游設計

管線穿越水庫上游段（樁號0+400）持力層主要為第④土層砂礫石層，地基承載力特征值為fa=150 kPa；勘察期間，測得地下水主要分布在第③土層淤積中粉質壤土層或第④土層砂礫石層中?？辈炱陂g，水庫上游段河槽內有水，地下水埋藏稍淺，對管線施工產生一定影響，綜合考慮降水、排水及河槽段開挖具體方案及導流工作，確保施工質量。由于該段位于水庫溢洪道出口附近，應計算河水對砂礫石沖刷深度，管線在該河槽應有足夠的埋深（不應＜3.00 m），且應采取護砌防止河水沖刷措施。

管線進口段在0+400需穿越田崗水庫上游，水庫溢洪道出口，總長約50 m。穿越方案有兩種，一是建支墩加高穿越，二是地埋穿越。方案1建支墩加高穿越，需建支墩8個，每個支墩寬1.20 m，高6.50 m，嚴重影響水庫泄洪，且投資成本太高，不再考慮。本次穿水庫上游段采用地埋形式。

2.3.1 沖刷計算

2.3.1.1 一般沖刷計算

采用《公路橋位勘測設計規范》中8.5.3-1式（式2-4）計算。

根據水庫運行方式水庫訊限水位為107.00 m，設計標準為20 a一遇，流量為500 m3/s。

經計算得：按20 a一遇水位，一般沖刷完成后，最大沖坑深為2.84 m。

2.3.1.2 橋墩局部沖刷計算

用《公路橋位勘測設計規范》中的8.5.3-4式

當V＞V0，采用《公路橋位勘測設計規范》中8.5.3-6式：

按《公路橋位勘測設計規范》8.5.3-4 式計算，沖刷完成后墩前在一般沖刷的基礎上局部沖坑深為0.78 m。

2.3.2 穿越設計穿越處地埋管采用倒虹吸形式，管頂埋深3 m，為防止河水沖刷，河底采用C25現澆混凝土護砌，厚3 m，管底采用粗砂墊層，10 cm厚。

根據水庫用水要求，水庫水位不得低于85.20 m，穿越處河底高程為83.20 m，相差2 m。考慮采用分段圍堰進行施工，一期施工西側30 m，二期施工東側20 m，圍堰采用袋裝土圍堰，外鋪防滲膜，設計圍堰高3.50 m，寬4 m，邊坡1：2，為保證施工作業，兩側圍堰間距20 m，圍堰范圍內設集水坑，采用水泵不停抽水。

3 結語

綜上所述，本引水灌溉項目管道穿越工程根據穿載不同的地方，采用不同的穿越方式，管道穿越工程施工取得良好的效果，不但可以節省工程投資，縮短工期，保護生態環境，而且安全可靠。