某水庫引水渠重建設計比選分析

苗 磊

(臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000)

0 引 言

水庫是區域性水利工程，一般擔任著地方農田灌溉、防洪排澇、水產養殖等任務。引水渠工程是水庫系統的重要組成，對于補充、調節水庫水量有著決定作用。但很多地區引水渠年久失修，造成滲漏嚴重，浪費大量水資源。而且受制于當時設計和施工水平，很多地區并沒有過多考慮防凍脹設計，使渠道壽命嚴重縮短，經濟和社會效益較差。

1 工程概況

臨沂市某水庫為一座灌注式水庫，水庫總庫容552×104m3，死庫容102×104m3，調洪庫容30×104m3。工程規模為Ⅳ等小(Ⅰ)型，主要建筑物有土質大壩、放水洞兼導流洞、溢洪道等，均為4級建筑物，水庫引水渠為5級建筑物。該水庫工程的主要任務是為附近0.12×104hm2農田提供灌溉用水，設計每年提供水量679.42×104m3。原引水渠工程已有超過30年歷史，斷流嚴重，多處為土質渠道，且覆蓋面無法滿足需要。因此，相關部門決定對該水庫引水渠工程進行重建。

2 渠線布置方案設計比選

2.1 渠線布置方案設計

渠線布置是整個引水渠工程基礎，是直接決定投資成本、工期等的重要因素。根據本項目所處區域地形地質狀況，提出以下3種渠線布置方案：

方案一：干渠采用明渠輸水，總長度4.01 km，其中平緩段3.268 km，陡坡段0.742 km。建筑物共12座：分水閘1座、交通橋6座、渡槽1座、涵洞1座、消力池2座，陡坡1座。首段0+000～2+800渠道在老渠道基礎上改建，技術難度、工程量較?。?+800～3+268渠段沿水庫南岸布置。為防止滲水引起庫岸塌落，設計渠道距庫岸30 m以上。該方案部分渠道線路位置較高，挖方較大，設計坡度較大段采用現澆鋼筋砼結構。

方案二：干渠采用明渠與管道結合輸水，其中明渠長2.55 km，輸水管道段長1.455 km。建筑物共8座：分水閘1座、交通橋3座、涵洞2座、管道進口沉砂池1座、管道出口消力池1座。首段0+000～2+550段采用老渠道基礎，技術難度、工程量較小；2+550～3+100段為DN1500預應力鋼筋砼管道，管道沿水庫上壩道路布置，鋪設難度??；2+550～4+005段管道沿自然溝底部布置。

方案三：盡量利用老渠線位置，在其基礎上擴建改造，其后鋪設1.5 km輸水管道。沿線建筑物共5座：分水閘1座、交通橋2座、管道進口沉砂池1座、管道出口消力池1座。引水渠0+000～2+550均位于老渠槽內，渠床穩定，但渠道均位于深溝內，溝底狹窄，改擴建難度大；2+550～3+100段采用DN1500預應力鋼筋砼管道，鋪設于自然沖蝕溝道內，兩岸狹窄陡峭，施工機械進出困難，必須做好防沖、防塌處理，施工難度及工程量較大。

2.2 渠線布置方案比選分析

以上3種渠線方案優缺點及投資分析見表1。

表1 3種渠線布置方案比選分析

通過詳細比較，方案一具有引水保障程度高、便于檢查維修、運行安全可靠、投資少等優點[1]。因此，本項目推薦采用方案一明渠輸水作為最終施工方案。

3 引水渠道參數設計分析

3.1 工程地質條件分析

該水庫引水渠道位于低中山丘陵區，通過巖性主要為第四系風積黃土，土層物理性質見表2。

通過實地調研，淺部濕陷系數δ=0.021～0.024，且隨深度增加濕陷性逐漸減弱，最大總濕陷量Δs=180 mm，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)[2]。

根據顆分資料，干渠絕大部分處于重粉質壤土層內，其粒徑小于0.075 mm顆粒含量遠大于10%，屬凍脹土[3]。修建水工建筑物時建議作換填或強夯處理，承載力標準值fk=100～130 kPa。

表2 引水渠段風積黃土層物理性質試驗成果匯總表(部分)

3.2 渠道橫斷面設計

由于本項目新建干渠需考慮防凍脹要求，參照其他工程經驗，設計在渠道砼板下鋪設厚40 cm戈壁墊層。渠道內邊坡坡度為1∶1.5，外邊坡坡度為1∶1.5，渠道堤頂寬度左邊為4 m，右邊為2.5 m[4]。

為充分利用水資源，同時綜合考慮防沖、防凍脹、邊坡穩定、維修方便等因素，渠道橫斷面從“預制砼六棱板襯砌”和“現澆砼板”兩種方案進行比選，具體如下：

方案一：預制砼板梯形斷面

渠道全斷面采用厚6 cm的C25F200W6預制六棱砼板護砌，板下設置土工布(一布一膜，膜厚0.3 mm，布重300 g/m2)，土工布下設M5砂漿鑿平層2 cm，下鋪設戈壁墊層。標準橫斷面結構見圖1。

圖1 預制砼板梯形斷面示意圖

方案二：現澆砼板(細石砼砌卵石底板)梯形斷面

渠道底部采用厚10 cm的C25F200W6現澆砼板護砌，邊坡采用厚10 cm的C25F150W6現澆砼板護砌，板下設置土工布(一布一膜，膜厚0.3 mm，布重300 g/m2)，土工布下設M5砂漿鑿平層2 cm，下鋪設戈壁墊層[5]?，F澆砼板2.5 m設一橫縫，在現澆砼板與底板縱梁結合處設縱縫，縫寬2 cm，采用聚氨酯砂漿填縫。標準橫斷面結構見圖2。渠道襯砌型式比選見表3。

圖2 現澆砼板梯形斷面示意圖

表3 渠道襯砌型式比選

通過對上述兩種方案的建筑材料、施工條件、工期、運行管理及投資等方面的比較，方案二具有防滲、防沖、抗凍脹效果好、投資省等優點。因此，本次推薦方案二現澆砼板梯形斷面為最終設計方案。

3.3 渠道縱斷面設計

根據灌溉需求，本干渠設計引水流量Q=1.2～1.5 m3/s。根據各渠段設計流量、地層巖性、地下水位、防凍要求、土方工程量等因素，結合理論計算，確定引水干渠0+000～2+614段縱坡為1/430，2+614～3+268渠段縱坡為1/300。按照“明渠均勻流”計算相關參數，公式見式(1)[6]，計算成果見表4。

(1)

式中：A為過水斷面面積，m2；n為渠床糙率，取值0.017；R為渠道水力半徑，m；i為水力比降。

表4 渠道設計要素表

4 結 語

渠道系統對于發揮水庫作用意義重大，但目前很多地區的中小型水庫工程對于渠道的重要性認識不足，普遍存在渠道壽命短、規格不滿足實際需求、村民對渠道肆意破壞等問題。本文根據地區實際情況，對渠線選擇、防凍脹、橫縱斷面結構等均進行了詳細說明分析，有效解決了0.12×104hm2農田的灌溉問題。