玛纳斯河引水总干渠改造工程实践与分析

熊志刚

（新疆维吾尔自治区水利厅玛纳斯河流域管理处 新疆 石河子 832000）

1 概况

玛纳斯河灌区位于天山北麓准噶尔盆地西南部，地处东经85°1′至东经86°32′，北纬43°27′至45°21′之间。该河系发源自天山依连哈比尔尕山，全长为324km，属于山溪性多泥沙河流。该河水源主要为高山融雪和夏季暴雨，实测多年平均径流量12.54亿m3。地处玛纳斯河红山出口处的红山嘴引水枢纽工程是玛纳斯河的渠首工程。该工程建成于1959年，距今已有50余年的历史，原设计流量为650m3/s，按百年一遇设计；校核流量为1060m3/s，按千年一遇校核。径流主要用于生产建设兵团十九个农牧团场及两县 (沙湾县、玛纳斯县)、两市(石河子市、克拉玛依市)供水。设计灌溉面积为380万亩，有效灌溉面积为302万亩；除灌溉用水外，还担负着新疆电力局、玛纳斯火力发电厂和红山嘴四、五级水电发电站的供水任务。

玛纳斯河引水总干渠位于玛纳斯河渠首红山嘴出山口右岸二级阶地砾石戈层上，全长823m。上游连接进水闸，下游接曲线沉沙池及第一总分水闸，是东岸大渠引水工程的骨干工程之一。设计流量为105m3/s，校核流量140为m3/s，原设计底宽 12m，渠深 3.65m，水深 3.05m，纵坡1/160，均为干砌石砌筑。干渠底部埋设水塔的渗水管和测桥、钢管槽各一座。工程于1959年修建，至实施改造已运行近五十年。由于工程施工时资金不足、条件有限，再加上多年运行过程中的损坏，工程改造前处于长期带病运行状态。随着玛纳斯河灌区经济的发展和上级主管部门的重视，为满足日益发展的灌溉、工业生产以及居民用水需求，玛纳斯河引水总干渠改造工程的实施势在必行。

2 工程改造前存在的问题

根据当地气候条件，以及实际灌溉需要，渠道当年四月开闸引水，11月(入冬)上旬关闸停灌，引入上游河道泉水供4.5级电站水力发电。工程运行多年来，因冬季河水泉水(3m3/s)经总干渠入电站，由于气候寒冷，干渠冻胀破坏现象时有发生，再加上渠道两岸以及渠首管理站住宅区用于绿化的灌水不断地渗透破坏，这些都使得渠道衬砌的乱世受损比较严重，影响工程的正常运行。工程改造实施前存在的问题主要表现在：①原设计纵坡坡度偏小，致使渠道运行时泥沙淤积，经查实沙石淤积严重段达甚至达1.0m至1.5m；②边坡卵石鼓胀、松动、隆起、塌陷现象严重，渗漏损失较大；③由于冻胀所致，处在水位线以下的坡脚失稳、掉石，影响过水能力；④渠道不规则，水流不畅，不仅拥堵而且影响测水精度；⑤渠道运行多年，老化失修，为保证渠道工作，每年春季需投入大量的人力、财力、物力，得不偿失。

3 改造措施

针对工程改造前出现的泥沙淤积、边坡塌陷、冻胀失稳、过水断面不规则等诸多问题，具体的改造措施为：①经水力计算适当加大纵坡坡度，为达到冲淤平衡改原纵坡1/600为1/305，借此改善过流条件，彻底解决泥沙淤积问题；②用200#砼来代替原来衬砌渠道的卵石材料，以求达到减少渗漏损失和减轻冻胀带来的影响；③拆除渠道原干砌卵石，并下挖80cm，夯填60cm砂砾垫层，在砂砾垫层上现浇5m×4m×0.2m规格的200#砼板，板间填塞1cm厚高压闭孔板，板下铺0.4mm厚聚氯乙烯薄膜，最大程度减少渗漏损失；④在原干砌卵石边坡上夯填1m厚砂砾垫层(重2.1t/m3)，现浇6.12m×4m(斜长)200#砼板，由根部厚0.2m逐渐变至上沿厚0.15m，在板下铺0.4mm聚氯乙烯防渗薄膜，板间均用1cm厚高压闭孔板填塞，浇筑时边坡和渠底砼板缝错开，隔仓浇筑；⑤考虑冻胀因素，工程所采用砼抗冻标号为D200，坍落度3 cm～5 cm，含气量＜5%。

改造后的渠槽设计流量为105m3/s，加大流量为140m3/s，底宽10m，渠深 3.4m，水深2.23m，边坡系数1∶1.5，设计流速为4.3m/s。考虑不可预见的水力因素，边坡超高1.17m。同时，在渠道坡脚处下挖0.6m，纵向埋设15cm的波纹管，管外裹一层无纺布，自0+150到0+823穿入渠末端戈壁深层排除渗水，经实践检验，这样做可尽量消除和削减两岸渗透破坏。

4 工程的施工管理

玛纳斯河具有丰富的天然砂石料，便于就地取材；施工区外交通便利，为四级沥青路面；渡槽明渠，排砂明渠上各有汽10t公路桥一座，可直接入玛纳斯河床，施工场地较宽阔，可充分实施机械化作业，这些都为工程的施工提供了便利条件。需要考虑的是渠首管理单位运行用电，负荷有限，施工单位必备自备电源。

施工工序为：渠底开挖→回填→夯实→边坡回填夯实→底板砼浇筑→边坡砼浇筑→整理便道。为保证施工质量和进度，必须严格把好6道关口：①边坡、渠底基础的开挖、回填和整平；②防渗薄膜的就位铺设和搭接；③砼拌和、入仓、搅拌、抗渗抗冻剂的添加及含气量的测定；④严格准确测量渠道纵坡及高程及边坡比；⑤渗水处理；⑥砼的养护。

5 施工要点

5.1 基础回填

基础回填是渠道改造工程的施工要点，其中该工程的基础回填包括渠底和边坡两个部分，统一采用自然戈壁回填、夯实的方法。工程设计密实度为2.1t/m2，以每50m为一个施工单元。检验人员跟踪检测，用灌水法测定，每单元选测4个点，边坡每0.3m厚需回填夯实。在施工过程中发现直至堤顶只有1m的宽度，经分析后采用蛙式打夯机夯实。分层夯实检验时，发现有堆积、无层序的回填料需要及时清理，以保证工程质量。边坡的回填厚度应有大于设计0.2m宽的富余，从而保证削坡的密实度，整个过程由人工作业。在渠底回填时，如发现橡皮土的部位则需做好标志，一处不漏地排除，换上自然戈壁。将整理边坡下滑的弃料彻底消除，削坡用平板振动器需沿斜坡往返振拍整理坡基，以达要求。施工过程中如发现渗水严重，可用小型水泵将渗漏的积水抽除，从而避免造成夯实强度不够的现象。边坡基础架立模板需按要求严格修至设计边坡，并挂线用钢卷尺检验是否达到设计砼的基面，如未达标准需再行清理直至合格方可浇筑，渠底基础必须以高程定点挂线清基至设计高程，从而确保工程质量。

5.2 聚氯乙烯塑料薄膜的铺设

渠道防渗效果的好坏与聚氯乙烯塑料薄膜的铺设方法有直接的关系。本工程所采用的铺设方法是沿渠道走向梯形基础断面整体铺设，上、下游薄膜连接统一为上荐压住下荐0.2m搭接。值得注意的是，在渠道渠底、边坡的砼浇筑施工过程中，难免有人为因素和砼拌和料入仓碰撞变位的塑膜，对于这些塑料薄膜要及时复位、拉平，防止因薄膜错位、扭曲或者变形影响，从而致使砼浇筑的厚度不均匀，影响工程强度。

5.3 边坡和底板砼的浇筑

边坡和底板砼的浇筑质量直接决定着工程的质量，必须严格把关。拌和砼时必须适量添加减水剂、抗冻剂，对每一次拌和的骨料必须严格称重，质量不过关或者忘记添加剂的砼拌和料要重新拌和，不能以次充好。浇筑前，为保证施工质量，必须对坡脚坡地杂物进行清理，如落入坡脚的削坡料、杂草、碎块等。另外，如有积水，必须事先清除。施工过程中要严格要求砼表面的平整度，切忌为了省事加大砂料用量减少大骨料用量。为保证工程质量，必须用原浆、平板振捣器振捣，且在振捣时注意板块周边容易被忽视的部位是否振捣到位，做到振捣均匀，没有蜂窝麻面现象出现。

5.4 渗水的处理

渗水的处理是渠道施工过程中不可避免的程序，也是影响工程质量的重要方面。对于施工过程中出现的泉眼和渗水现象，要采用不同的方法有针对性的进行处理。对于渗水量较大泉眼，不仅要用塑料管引排出水减轻内水压力，还要做砂石保护层，防止进一步渗漏破坏；对于出水量较少的渗水眼，可用埋插塑料管的方法排水。

在施工过程中，除了以上施工要点外，还有在施工过程中要用坡度尺严格检查，确保设计要求、保证高程不出差错，确保纵坡比降、做好砼的养护工作等要点需要注意，这里不再一一赘述。

6 结语

通过对玛纳斯河引水总干渠进行改造，改善了水力因素，提高分、引水及抗洪能力，有效减少了泥沙淤积，提高了测水精度和引水效率，同时还美化了渠槽，效果相当显著。在工程中也总结了一些经验教训，比如说进水闸后，原设计的消力池经实践检验被淤死，工程改造时未设消力池，经实际运行，闸后流速大，使百米内渠底冲蚀磨损，故增设了三道潜堰使流速减缓，冲刷、磨蚀损害削减。陕西水利