浅析叠渠方案在金沟河工程建设中的应用与评价

钱新妮 陈 臣

（新疆水利厅金沟河流域管理处，沙湾县 832100）

金沟河流域地处天山山脉北支依连哈比尕山北麓西侧，是一条多泥沙河流，多年平均输沙量达74万t，其中悬移质占总量的87%，推移质占总量的 13%，泥沙主要来源于水流对河道的冲刷及降水汇流对流域面的侵蚀，骨干工程始建于1960年代，包括引水渠首、渠系建筑物及 54km渠道，工程位于金沟河流域中下游的洪冲积扇倾斜平原，地层由0.3～0.4m不等厚的亚砂土、亚粘土层和湿陷性黄土覆盖，渠道为梯形断面，坡降为0.015～0.008，设计流量10～45m3/s，设计流速为3～8 m/s，由浆砌石或混凝土防渗。

1 渠道工程存在的问题

1.1 老化风化严重

金沟河骨干工程已经运行50多年，在长期的日光照射下，加上新疆昼夜温差大，渠道水面线以上 80%的部位均存在表皮脱落、混凝土碎化和骨料裸露等现象，特别是阴面风化老化比较严重。

1.2 磨损破坏严重

由于渠水中泥沙含量大，加上渠道坡度较陡和水流急快，泥沙造成渠内水面线以下表皮严重脱落和深度磨损、止水处边角破损和渠底磨透等严重破坏现象，无法满足灌区供用水需求。

1.3 冻胀变形严重

由于渠道两侧防渗层的破坏失效，加上部分渠段地下水位较高和受新疆极寒天气的影响，渠内水面线下混凝土边板大面积鼓胀变形，变形率达80%，到处呈现台阶状，冻胀束窄了断面，严重影响了过流能力。

2 建设方案选择

2.1 计划可行的方案

根据金沟河的地理位置和工程特点，计划可行的实施方案有重新选定渠线新建、老渠清挖改建和叠渠改建三种。所谓叠渠即在保持原渠边板和底板不拆除的基础上，对局部鼓胀变形部位进行修整，铺设滤水层，合理抬高渠底高程和设置边坡坡比后新建的渠道（如图1）。

2.2 方案比较

根据方案实际的优劣，以改建金沟河渠道24+000～25+000段为例，在参照套用现行相关单价的基础上，从施工工序、工程投资和环境保护方面进行分析比较，如表1。

图1 叠渠断面图

表1 方案比较表

2.3 方案确定

通过方案比较，综合考虑各项因素，确定叠渠方案是可实施的最优方案。

(1)从投资上比较，叠渠方案投资最少，相比其它方案可节约资金10～13万元，且施工工序仅为 4道，相比其它方案减少2道，节约了人力和物力的投入，同时节约了施工所需时间，加快了工程进度。

(2)从环境保护上比较，叠渠方案由于避免和减少了工程实施中原地貌扰动和施工弃渣的堆积，对环境破坏相比其它方案为最小，有效保护了渠道周围的环境。

(3)从安全角度比较，叠渠为在原渠断面上新建的渠道，有效利用了原渠边板和渠底混凝土坚固部分，形成了新老相结合的双重抗冻、抗渗和抗破坏体系，较其它方案有更强的安全性。

(4)从经济适用性比较，叠渠在原渠上新建，可以较好的与原渠系建筑物及支渠进行连接，完全能保证水流的通畅性，减少重复投资，满足灌区用水需求。

3 叠渠方案的实施

3.1 冻胀处理

金沟河渠道沿线渠基为亚砂土，亚粘土层及湿显性黄土，属冻胀土，易使渠道产生冻胀破坏，实施中严格控制垫层厚度，对影响叠渠设计尺寸的渠底、渠坡局部变形混凝土及淤泥进行拆除和清挖，对渠顶可能引起冻胀的杂草和淤泥进行 20～50cm厚清理，垫层干密度控制在2.05g／cm3以上。增加排水设施布置，排水管为D160mm的UPVC塑料管，管壁上钻圆孔，梅花状分布，用无纺布包裹沿纵轴线布置，分段设置横向排水管，用于渗水的收集和排出。

3.2 磨损和风化处理

为提高渠道整体的抗磨、抗冻和抗风化能力，增加使用寿命，叠渠方案中根据地形调整和减缓了渠道坡降。混凝土指标采用C20、W6、F200的高标号混凝土，混凝土施工采用震动板和震动棒联合施工，对震动板不能很好达到的混凝土边角采用震动棒，施工混凝土水灰比控制在0.47，坍落度控制在1～3cm，采用跳仓浇筑。

3.3 建筑物衔接处理

叠渠方案在对原渠道高程抬高后，实施中充分考虑了原支渠及建筑物的衔接，经实测，叠渠方案共涉及水闸10座，交通桥7座，其中因本身已无法使用需改建的水闸1座，危险木结构交通桥2座，其它建筑物及附属设施均能满足叠渠设计要求，叠渠能与原支渠和建筑物衔接良好，完全满足供水需求。

4 效果评价

金沟河目前已实施工程改建10年，对所辖54km骨干工程及部分建筑物进行了改建，其中实施叠渠方案长度达44km，占总改建长度的81%。经运行，叠渠方案降低了渠道磨损、防冻胀效果明显、运行安全可靠，经济效益显著。

4.1 环保经济

叠渠方案无大量开挖，减少了废料弃料堆放，避免了环境遭占用破坏，减少了因施工造成的水土流失和环保资金投入，保护了渠道周围生态环境。同时因叠渠方案工序少，比其它方案减少了垫层清挖和原渠混凝土拆除等工序，节省了工程投资，降低了工程造价，通过实施叠渠方案，累计节约工程资金投入660万元，经济效果明显。

4.2 提高了供水保障率

金沟河每年工程建设均在 4～5月，灌区供水从4月底开始，施工时间短而紧，由于叠渠工序少，极大缩短了施工必要时间，提供了更多供水空间，每年春季可新增引水量约200万m3，且全年供水保障率达到了100%，无发生停水检修维修事故，避免了用水单位因缺水而造成的经济损失，促进了灌区经济的发展。

4.3 原渠资源有效利用

叠渠方案直接在原渠道上新建，保持了原渠道上各引水渠及建筑物与新断面的良好连接，优化并充分利用了原渠系有效资源，避免了因改建而支渠和建筑物报废无法使用的不利因素，节省了投资。

4.4 抗冻抗磨效果显著

叠渠实施方案中，通过采用防渗戈壁垫层和排水管，混凝土渗水和灌溉侧渗水能及时收集和排出，避免了渗水在混凝土板后滞留，降低了冻胀破坏因数，采用的高标号抗冻混凝土试验检测强度均大于 30MP,满足抗冻、抗渗、抗磨的性能要求，对改建工程进行监测，效果良好，10年中渠道磨损率不到 1%,主要为渠底乳皮磨损，无发现冻胀破坏，为管理单位每年节约维修费用150万元。

表2

4.5 经济效益明显

通过渠道改建，金沟河引水能力明显提高，改建后年增引水量5000万方，增加水费收入300万元，水利用率明显提高（如表2），实现粮棉增产 1.1万t，增加农业总产值1亿元，促进了灌区农业生产和经济的快速增长。

5 结 语

叠渠方案是金沟河工程建设集体智慧的结晶，它的成功运用使有限资金极大的发挥了作用，解决了困扰金沟河运行中的泥沙磨损、冻胀破坏和土地资源短缺等一系列问题，为灌区提供了持续的灌溉水源，发展了地方经济，提高了单位管理能力，为金沟河工程建设提供了思路和指导，对新疆寒冷和多泥砂河流地区工程建设工作起到了借鉴意义。

[1]王忠,谢富明,栾文等.新疆金沟河渠首解决泥沙入渠的措施及效果.中国农村水利水电,2006,(10)∶7～8

[2]雷正龙.新疆金沟河灌区骨干工程改建设计[J].水利技术监督.2011.3

[3]马勇,王秀东等.新疆金沟河灌区总干渠渠道改建防冻胀设计[J].水利建设与管理.2004.1