淺談交口抽渭灌區東干渠挖方段渠道斷面選型與施工質量控制

曹 剛

（陜西省交口抽渭灌溉中心,陜西 渭南 714000）

交口抽渭灌區位于陜西省關中東部,是一個灌、排并舉的大型電力抽水灌區,東西長48.6 km,南北寬31.9 km,轄灌西安、渭南兩市所轄的臨潼、閆良、臨渭、富平、蒲城和大荔六個縣（區）,設施灌溉面積126.2 萬畝,有抽（排）水站30 座,干支渠道40 條,長度357.4 km,渠系建筑物1714 座,已襯砌長度310.69 km,渠道襯砌率為87%。

1 工程概況

東干渠屬于交口抽渭灌區東干系統,由總干渠末端引水,經胡家站引至蒲城縣境內的南王站,全長10.48 km,渠首設計流量8.28 m3/s,承擔著臨渭區、大荔縣、蒲城縣的吝店、交斜、官路、張家、黨睦、下寨等九個鄉（鎮）31.64 萬畝農田的灌溉輸水任務。本次改造渠道樁號9+188～10+288,屬東干渠下游段,渠道南北走向,設計流量3.48 m3/s～1.98 m3/s,灌溉面積14.4 萬畝。

渠道存在的主要問題:

（1）渠道坍塌淤積嚴重,過流能力不斷降低

東干渠9+188～10+288 段為挖方渠道,梯形漿砌石襯砌結構,地下水埋深基本穩定在3 m 左右, 由于近年來秋季持續強降雨天,造成地下水位不斷攀升, 內澇嚴重；渠道漿砌石坍塌、滑落嚴重,造成淤積嚴重,渠道過水斷面不斷減小,糙率加大,輸水能力不足原設計的60%,很難滿足農作物抗旱需求,嚴重影響到下游10 余萬畝農作物的增產增收。

（2） 高水位小流量運行下,維修管護成本不斷提高

該渠段位于南王抽水站站前,近年來高水位小流量狀況運行是常態,易形成壅水,造成渠堤漫頂事故,對沿線居民生活、生產造成威脅,灌溉運行期間需派人24 小時巡查。同時,因渠道淤積造成渠底太高,使上游蒲陽抽水站揚程相應抬高,機組出水達不到設計工況,影響泵站安全正常運行,增加機組維修成本。

2 渠道襯砌改造設計

2.1 渠道縱斷面設計

滿足灌區東干系統灌溉用水要求,結合原渠道上下游沿線地形、水力條件等因素,盡量減少渠道改建工程量,且工程投資經濟合理,東干渠改造段維持原設計比降1/1750。

2.2 渠道橫斷面設計

2.2.1渠道橫斷面形式比選

東干渠作為深挖方渠段,漿砌石襯砌結構。根據灌區試驗站地下水監測數據,近年來秋雨季節渠道沿線地下水位上升較快,漿砌石邊坡在地下水揚壓力作用下容易發生滑落坍塌,管理站多次加固維修,但未從根本上解決問題。本次設計對于該段渠道橫斷面設計提出矩形斷面鋼筋混凝土結構、“U”型斷面漿砌石擋土墻結構及弧腳梯形斷面漿砌石襯砌結構三個方案進行比較。

（1）矩形斷面鋼筋混凝土結構

圖1 矩形斷面鋼筋混凝土結構圖

渠道斷面采用C25 鋼筋混凝土結構,寬2.7 m,深2.5 m,渠底設0.2 m×0.2 m 倒角；邊墻厚40 cm～50 cm；底板厚40 cm,下設10 cm C15 素混凝土墊層、40 cm 厚碎石墊層。

（2）弧腳梯形斷面漿砌石結構

圖2 弧腳梯形斷面漿砌石結構圖

過水斷面底寬0.9 m,弧腳半徑1.3 m,圓心角38.66°,坡比1∶1.25,渠2.3 m,邊坡厚0.3 m～0.60 mm,底板厚0.6 mm,下設0.4 m 厚碎石墊層。

圖3 “U”型斷面漿砌石擋墻結構圖

（3）“U”型斷面漿砌石擋墻結構斷面半徑為2.5 m,深2.3 m,圓心角120°,擋墻頂寬0.3 m,底寬6.14 m,高2.7 m,設0.4 m 碎石墊層。

2.2.2渠道橫斷面形式的確定綜上對比,方案一優于其他兩個方案,故東干渠改造段橫斷面形式選用矩形鋼筋混凝土結構。

表1 東干渠改造段設計方案對比表

續表1

2.2.3渠道斷面相關參數的確定

1） 渠深的擬定

東干渠該做的原設計渠深、襯砌深為1.9 m。由于東干系統機組無變頻設備,水量調度不便,站前需雍水運行,難免造成水位超過襯砌板高度,使渠道內坡土壤含水量增大,浸潤線上升,邊坡自身穩定性有所降低。故本設計考慮該段渠道雍水超高,擬定渠深為2.2 m。

2） 渠道水力計算、復核

表2 渠道改造段改造后水力要素

3）不淤流速復核

灌區夏灌期間,渭河水源含沙量較大,易造成淤積,本次設計以渠首抽水含沙量10%（106.7 kg/m3）做不淤流速校核,采用經驗公式計算：

式中：C為根據灌區經驗系數結合泥沙組成取0.64；R為取最小流量時相應水力半徑；計算得不淤流速為0.398 m/s,渠道最小流速滿足不淤要求。

綜合分析,確定東干渠改造段過水斷面為矩形,C25F50 W6鋼筋混凝土結構,渠道寬寬2.7 m,深2.5 m,邊墻厚0.3 m～0.5 m,底板厚0.4 m,設0.1 m 素混凝土墊層及0.4 m 碎石墊層,邊墻設兩處φ80PVC 排水管,梅花樁布設,間距3 m。橫向伸縮縫采用M5 遇水膨脹止水橡膠填充,M10.0 水泥砂漿封口, 每9 m 設一道。

3 矩形鋼筋混凝土結構斷面施工技術

3.1 土方開挖施工

3.1.1測量放線

施工水準布置按照由高到低逐等控制。（1）施工放樣前,對已有的設計數據、施工圖縱橫斷面尺寸進行詳細校核。（2）施工前,對平面控制點進行加密布設施工現場控制樁。（3）確定渠道中線及邊坡開挖線,釘好樁撒上白灰控制線。（4）施工過程中, 需對邊坡控制點、中心線及高程進行多次校核, 有條件的, 在地質條件較差部位設置觀測點, 定時對變形情況進行觀測。

3.1.2施工排水

東干渠分布在渭河三級階地,地下水淺層水主要以潛水形式存在,潛水埋深一般在2 m～3 m,潛水深度高出原渠底1 m～1.5 m,本次改造段選用PVC 塑料井點排水,渠道單側布設,井間距20 m,深15 m,井徑φ600 mm,管機井,小流量低揚程過載保護智能潛水泵集中抽排。

3.1.3清淤、拆除、清表

渠道清淤采用1 m3挖掘機進行清理、用自卸汽車運至指定的棄土場,渠道表層樹根、雜草、雜物、塊石、淤泥、腐植土等清除干凈；破舊漿砌石拆除采用機械+人工的方法進行,拆除必須干凈,并清理殘留碎塊,拆除物要堆放在指定處,按要求堆放整齊；對整個回填范圍和取土場進行除雜清表,將樹根、淤泥、腐植土等雜物清除干凈,清理厚度不小于0.3 m。清理出的雜物運至指定地點,不得摻入土料中使用。

3.2 土方回填

回填采用分層壓實的方法進行,主要施工步驟如下：

1）嚴格掌握鋪土厚度,達到均勻一致,每層厚度30 cm,做到隨鋪隨壓,碾壓工具選用壓路機及蛙式電夯、立式電夯等,壓實系數不小于0.93。

2）機械碾壓保持中速行使,防止漏壓,搭接寬度要不小于0.5 m,機械壓不到部位,要采用人工電夯,確保碾壓的質量。

3）質量控制：攤鋪厚度不要超厚。特殊部位須用人工鋪土和小型機具進行壓實,厚度不得超過20 cm。降雨天氣,應停止施工,雨后恢復施工,填筑面應經晾曬、復壓處理并待質檢合格后及時進行復工。

3.3 碎石墊層

東干渠改造段為矩形渠道,底層為0.4 m 厚碎石墊層。應采用20 mm～40 mm 粒徑的質地堅硬的碎石。碎石中不能含有塑料紙、樹葉、根根和雜草等有機雜物。最大粒徑不得超過虛鋪厚度的2/3,并不能大于50 mm。主要的工藝流程：碎石質量的檢驗——分層鋪筑—進行夯實——找平——質量驗收。

3.4 鋼筋的制安

鋼筋制安主要做好以下幾個方面：

（1）鋼筋進入施工現場后,應按照規范,嚴格對鋼筋的數量、品種、廠家、外觀質量、產品質量合格證進行查驗,分類堆放,并立牌識別。

（2）鋼筋安裝前,應將表面漆、油污、銹鱗銹等清除干凈,應做拉力、冷彎試驗和焊接工藝試驗。鋼筋的彎制、末端的彎鉤和接頭,應符合設計圖紙的要求。

（3）鋼筋的安裝應符合施工詳圖和有關規范的規定。安裝好的鋼筋,應具有足夠的剛度和穩定性,保證在砼澆筑的過程中,其位置不變,避免發生錯位變形,嚴禁為澆筑混凝土方便,未經許可擅自移動或切割鋼筋。

3.5 砼模板

東干渠改造段為矩形渠道,模板采用竹膠板制作,立模時用40 mm×60 mm 方木進行加固,模板采用對拉絲進行固定。模板的制作、安裝、移動、拆除與維修須滿足施工技術規范、施工圖紙和招標文件的要求。混凝土澆筑前詳細檢查地基處理、模板等,并做好記錄。在全部符合施工詳圖要求并經項目監理現場驗收合格后方可澆筑。模板安裝好后,其表面的平整度和垂直度必須符合規范要求（垂直偏差不大于3 mm）,接縫嚴密,上下層模板不得有錯臺,相鄰模板高差不大于3 mm。

3.6 砼澆筑

東干渠改造段砼入倉采用安裝溜槽,人工輔助入倉的方式。卸料后由人工將混凝土送入溜槽,溜槽每隔3 m 設置一道緩沖裝置,并由人工輔助進入倉面。澆筑砼時,嚴禁在倉內加水,不合格的砼嚴禁入倉,已入倉的不合格砼必須清除。在澆筑模內,無法使用振搗器的部位,應輔以人工搗固,以保證砼的質量。

3.7 砼養護

混凝土澆筑完后要及時進行養護,灑水養護不少于14 天,養護應在澆筑完畢后的12 小時以內,對混凝土加以覆蓋和灑水。日平均氣溫低于5℃時,不得灑水。在塑料布覆蓋養護時,應覆蓋嚴密,保持布內有凝結水；在混凝土表面不便灑水或使用塑料布養護時,宜涂刷薄膜保護劑,防止混凝土內部蒸發,用養護劑養護的部位應經監理同意。

4 結論

隨著近幾年矩形斷面在灌區東干渠、西干渠的實施,逐步解決了灌區東干、西干系統地下水位埋深下骨干渠道正常運行的主要問題,恢復了灌溉面積,干支渠渠系水利用系數由0.74 提高到0.75,經濟效益和社會效益十分顯著,結果可供同類項目參考。