新疆沙井子灌區勝利渠段防滲及建筑物改建工程設計

何 蛟

(阿克蘇塔河源勘測設計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000)

勝利渠于1951年開始修建，自西大橋電站尾水渠起，終點至三團、南北干渠進水閘處結束，全長102.5 km，樁號0+000-16+106渠段阿克蘇市、一師沙井子灌區共用。 16+106-102+500渠段是沙井子灌區引水總干渠，承擔了沙井子灌區6.72萬hm2耕地的灌溉和新井子水庫的引水蓄庫的雙重任務，是沙井子灌區發展的命脈。2012年根據大型灌區續建配套與節水改造工程項目資金安排，將西大橋引水渠和勝利渠16～48 km渠段納入該項目，2015—2018年完成工程實施，調陡了各渠段設計縱坡，減少了泥沙淤積，提高了輸水效率，改善了新井子水庫引水條件，解決了部分渠段水位不足的問題，發揮了良好的工程效益。受環境等因素的影響，對其實施有效的防滲改建工程是提高其作用價值和使用壽命的必要手段。為此，本文提出新疆沙井子灌區勝利渠防滲改建工程設計研究，在分析施工區域基礎概況的基礎上，提出了具體的改建方案設計。通過本文的研究，以期為勝利渠段的改建工作提供參考。

1 施工環境概況分析

1.1 沙井子灌區水利工程設施條件

第一師沙井子灌區內引水工程、蓄水工程、輸水工程、灌溉工程及排水工程基本已配套完成，灌區內渠、林、路、電等基礎設施已基本網絡化，沙井子灌區目前已形成“一樞紐兩渠兩庫”為骨干工程的格局。“一樞紐”為西大橋引水樞紐，設計泄洪流量1650 m3/s，進水閘流量160 m3/s。“兩渠”分別為西大橋引水渠和勝利渠，其中，西大橋引水渠全長9.15 km，設計流量160 m3/s，勝利渠全長102 km，設計流量127～57 m3/s。“兩庫”分別為新井子水庫和西大橋水庫，新井子水庫設計庫容8600萬m3，西大橋水庫設計庫容2320萬m3。

本文設計改建的勝利渠段，控制沙井子灌區一、二、三團及啟浪鄉灌溉面積6.72萬hm2。其中，一團灌區自本工程勝利渠防滲改建段放線樁號0+000閘樞紐、6+650閘樞紐及18+010閘樞紐左側分水閘引水，通過一、二、三干渠向灌區輸水灌溉。二團灌區自勝利渠18+010—35+505渠段沿線分水閘引水，通過二團一、二、三、四、五、六支渠向灌區輸水灌溉，二團庫西灌區通過庫西一、二、三、四、五支渠自新井子水庫和勝利渠引水，通過灌區內的分支、斗渠進行引水灌溉。三團灌區自勝利渠54+016閘樞紐引水，通過三團南干渠、北干渠向灌區輸水灌溉。啟浪鄉自勝利渠27+513右分水閘處引水。一、二、三團灌溉渠道共計520條，總長1042.191 km，排水渠道共計301條，總長度815.367 km。通過觀察發現，沙井子灌區是由西大橋電站尾水渠0+724處勝利渠進水閘引水，由勝利渠向灌區輸水。勝利渠二級電站以上約16 km長的渠道為沙井子灌區、柯坪縣啟浪鄉灌區、阿克蘇阿音柯灌區、勝利渠一、二級電站的總引水渠，合成流量在16 km閘樞紐處進行二次分配，沙井子灌區水量控制節點為勝利渠16 km閘樞紐，控制灌溉面積100.83萬畝。

1.2 沙井子灌區氣候環境條件

本文采集的氣象資料來自阿克蘇市氣象站資料，具有較好的代表性，得到的數據結果如表1所示。

表1 沙井子灌區氣象條件參數

1.3 渠線工程地質條件

改建渠道現狀為土渠，從起始點西大橋電站退水閘(樁號0+000)至建化廠電站(樁號8+050)段，基本以填方為主，部分渠段為半挖半填，電站下游8+200～16+106閘樞紐段基本以挖方為主，部分渠段為半挖半填。經勘察，8+523～16+106 m 段雖未發現地下水，但由于礫巖和砂巖滲透性差，渠床滲漏量較小。

對8+523～16+106 m段進行具體分析，其位于山前沖洪積傾斜礫質平原下部，該段渠道挖方多填方少，地形起伏較緩，縱坡較小，地面標高1085～1083 m，坡降約1/1000。20 m以上地層巖性主要以粉土質砂和級配不良礫質土為主，有含細粒土礫和細砂夾層。其中，第①層主要為渠堤部分，由級配不良礫及級配不良砂粉土等組成，雜色，松散-稍密，稍濕，分布連續，層厚0.5～3.1 m。第②-1層低液限粉土，僅分布在8+700～10+500段13+000～15+500和，呈灰黃色、淺黃色，松散，濕，不均勻，層底埋深0.5～2.1 m，厚度0.6～3.3 m，局部夾粉土質砂夾層。低液限粉土天然含水量為13.05%，天然密度為1.64 g/cm3，干密度為1.45 g/cm3，比重為2.70，孔隙比為0.86，液限為26.83%，塑限為18.27%，塑性指數為8.57，抗剪強度為22.23°，黏聚力為10.88 kPa，滲透系數為1.42×10-5～7.16×10-5cm/s。第②層級配不良礫為山前洪積物(Q3pl)，地層分布連續，層頂埋深0.5～2.1 m，層厚大于15.0 m，具水平層理，呈灰色-灰黃色，稍濕，稍密-密實，礫石磨圓度中等，其間夾有粗砂及細砂和含細粒土砂夾層。級配不良礫石含量為72.2%。

2 防滲改建設計

本文通過對勝利渠8+532～16+106渠段澆混凝土板襯砌弧形坡角進行梯形斷面結構型式設計實現防滲改建。

該方案渠底、邊坡均采用現澆C30混凝土板，板下鋪一布一膜，采用砂礫石防凍脹的弧形坡角梯形斷面結構型式。渠底、邊坡均采用現澆C30混凝土板襯砌，渠床基土上鋪設砂礫石防凍脹材料[1]，其上鋪一布一膜(膜厚0.5 mm)，一布一膜上現澆C30混凝土板襯砌，渠底、邊坡現澆C30混凝土板厚度均為15 cm，分縫材料為2 cm厚閉孔塑料板，閉縫材料為聚氨酯密封膠，填縫深度不小于2 cm，設計內坡坡比為1∶2.25，設計外坡坡比為1∶1.5，弧形坡角半徑采用5.0 m，封頂板采用預制L型渠緣石，采用抗硫水泥[2]，每塊渠緣石高30 cm，寬30 cm，長50 cm，分縫處采用M15砂漿砌縫，縫寬2.5 cm，埋設于堤頂以下15 cm，左右側堤頂寬度均為4.0 m，斷面采用弧形坡角梯形斷面結構型式。

2.1 閘樞紐改建設計

設計勝利渠防滲改建段沿線2座閘樞紐均在原址進行改建，均采用開敞式鋼筋混凝土結構[3]。閘樞紐節制閘閘室長度結合人行橋、檢修便橋、上部閘房、閘后交通橋等布置進行確定，閘樞紐閘室長度9.5～13.0 m，閘室單孔凈寬采用3 m、4 m、5 m三種尺寸，采用C35鋼筋混凝土結構，中墩厚度為0.9～1.1 m，墩頭采用流線墩頭，邊墩頂部寬度0.6 m，底部寬度0.8 m。閘前人行橋、檢修橋采用板梁結構，閘后交通橋采用板橋，人行橋、檢修便橋兩側設置欄桿，工作橋采用框架結構，上部設置閘房[4]。節制閘上下游采用現澆C35混凝土扭面或圓弧形式重力墻進行連接，上游鋪蓋、下游消力池、海漫段兩側設置欄桿。具體部位設計說明如下:

首先,是閘前鋪蓋，閘前鋪蓋沿閘室向上游進行延伸，將原閘前鋪蓋全部拆除，重新修建鋪蓋，高程與閘底板高程一致[5]。采用C35素混凝土結構，鋪蓋厚度d=40～50 cm，前后設置 1.0 m 深齒墻，鋪蓋分縫寬度≤25 d，采用2 cm厚閉孔板分縫，651型止水橡皮止水。鋪蓋兩側與閘室連接處采用現澆混凝土重力墻擋土，與上游現狀橫斷面護岸進行連接，保證水流平順[6]。

其次，是閘室，原閘室部分全部拆除重建，新建閘室采用C35鋼筋混凝土開敞式結構，閘室高度根據超高計算與渠道橫斷面高度一致[7]。閘室由下至上，底板厚度采用0.9～1.1 m，根據底板柔性指數計算進行分縫，其中，0+000閘樞紐節制閘及勝利渠進水閘分縫2道[8]。閘墩采用C35鋼筋混凝土直墻，厚度0.9～1.1 m，閘墩前后采用圓弧形墩頭。閘室邊墻采用C35鋼筋混凝土擋土墻，上口寬0.6 m，下口寬0.8 m。閘室由上游至下游，分別設置檢修橋、檢修閘門、工作閘門、工作橋及交通橋，均采用板梁結構型式，橋上均設置防護圍欄，保證人員安全[9]。上部結構為框架剪力墻閘房，閘房一層為排架柱，排架柱生根于閘墩，閘房二層為啟閉間，啟閉間配套電氣設備，工作閘門啟閉設備為手電兩用單吊點和雙吊點螺桿式啟閉機，檢修閘門為電動吊葫蘆。其中，工作閘門孔寬4.0 m和5.0 m采用雙吊點，孔寬3.0 m 和1.0 m采用單吊點。

最后，是消力池，在閘室下游設置陡坡+消力坎式消能防沖設施，消力池長度10～12 m，消力池底板厚50～60 cm，根據地下水位情況，0+000閘樞紐消力池底板設置反濾設施消除地下水揚壓力，前后設置齒墻，陡坡坡比1∶4.0，消力坎深80 cm。為了有效縮減消力池長度，消力坎前設置“T”型消能墩，提高消能防沖效果。消力池兩側采用重力式擋土墻與上下游斷面進行連接，分縫處均采用651型止水橡皮止水。

對于海漫段，消力池后海漫段采用現澆C35混凝土板護坡、護底，板厚50～60 cm，其中，0+000閘樞紐底板設置反淲設施,消除地下水揚壓力。混凝土板下鋪設一布一膜防滲，板縫每2 m采用2 cm閉孔板分縫，前后設置豎隔墻與上下游進行連接。海漫段根據上下游實際連接情況設置20～30 m。其中，0+000閘樞紐節制閘海漫段后采用50 cm厚格賓石籠進行軟連接，格賓石籠長度10 m。

2.2 分水閘改建設計

對該渠段的改建設計新建改建分水閘6座，采用開敞式鋼筋混凝土結構，閘孔凈寬1.0 m，閘門均采用平面鋼閘門，啟閉機采用手電兩用單吊點螺桿式啟閉機。閘室前采用重力式八字斜降墻與渠道斷面進行連接，閘前采用水平鋪蓋，鋪蓋長度與渠道斷面底板連接，底板厚度40 cm。閘室后采用重力墻扭面結構形式與閘后土渠斷面進行連接，因閘后土渠實測底高程均高于勝利渠設計渠底2.0 m以上，因此,無須設置消力池。閘室上部設置啟閉柱、踏步及交通橋。閘室底板及前后連接所有分縫處均采用1 cm厚閉孔板分縫并采用651型止水橡皮止水。

2.3 交通橋改建設計

該渠段設計改建交通橋共1座，設計標準均為公路Ⅱ級，交通橋面凈寬7.0 m。上部結構采用14版公路工程設計標準化橋涵通用圖(中交公路規劃設計院有限公司)進行設計，單塊板寬度1.25 m，橋跨均為13 m，橋面行車道設雙向橫坡1.5%，行車道外兩側設防撞墻，橋面兩側設置人行道板。下部結構采用“U”型橋臺，橋臺座于巖基上，確保地基承載力及橋臺穩定性。

2.4 測水橋和揚水泵站改建設計

該渠段渠道設計開口寬度14～30 m，共設置測水橋共3座，均為鋼桁架。鋼桁架的結構均采用焊接結構，上弦，下弦，豎桿、斜桿、橫桿均采用角鋼，角鋼型號分別為上弦∠80、下弦∠70、斜桿∠70、豎桿∠63、斜桿∠50。設計揚水泵站13座，均在原泵址處修建，位于渠堤外側。泵房采用磚混結構型式，泵房面積24 m2。每個揚水泵站均設置水泵1臺，水泵設計流量0.15～0.20 m3/s，揚程5～12 m，采用HW型臥式單級單吸式混流泵。泵管自渠堤伸入渠道內，彎頭處設置鎮墩，進口處距離渠底不低于50 cm，設置底閥。出口處設置矩形消力池，保證水流平順進入土渠。

3 結 語

新疆沙井子灌區近年通過塔河綜合治理、大型灌區續建配套與節水改造、南疆骨干工程、病險水庫水閘除險加固、農業綜合開發、以工代賑、河道治理等項目的實施，有效控制了河道的洪水災害，提高了輸水效率、輸水時間，改善了運行條件，提高了水資源利用效率，本文提出勝利渠段的防滲改建設計研究。以期使水利基礎設施建設得到充分的發展，水利基礎設施體系得到進一步完善和補充，更好發揮基礎設施的工程效益，為阿拉爾市經濟發展、灌區農業發展奠定堅實基礎。