浅谈交口抽渭灌区西干渠衬砌改造工程设计

刘 琦

（陕西省交口抽渭灌溉管理局，陕西 渭南 714000）

浅谈交口抽渭灌区西干渠衬砌改造工程设计

刘 琦

（陕西省交口抽渭灌溉管理局，陕西 渭南 714000）

西干渠兴王站前深挖方渠段，由于区域地势较低，地下水位埋深较浅，当遇强降雨渠岸地下水位急剧上升时，边坡衬砌板在地下水扬压力作用下易发生滑塌，虽经多次修复但存在问题，严重威胁西干渠正常运行，急需改造。结合工程实际，对于该段渠道横断面设计提出矩形过水断面钢筋混凝土结构、弧脚梯形断面浆砌石衬砌结构、“U”型过水断面浆砌石挡土墙结构三个方案进行比选。经技术经济对比，认为矩形过水断面钢筋混凝土结构不仅整体性强、承载力高，抵抗外力条件好，且防渗效果佳，淤积量少，管理维护费用低，虽然工程投资偏高，但使用寿命长，从长远分析，更为经济。

灌区节水改造；干渠站前深挖方段；横断面设计

1 工程概况

西干渠位于交口抽渭灌区西部，在总干渠4+191处设闸引水，南北走向，全长12.26 km，渠首设计流量3.77 m3/s，承担着西安市临潼区、阎良区及渭南市临渭区的相桥、田市、关山、康桥等四个乡镇11.6万亩农田的灌溉输水任务，是灌区抗旱保丰收、建立“两高一优”农业的重要工程设施，于2000年利用世行贷款资金进行了节水改造。西干渠0+725～1+965段为兴王站前深挖方渠段，由于区域地势较低，地下水位埋深较浅，受2011年秋季持续强降雨影响，该地区地下水位急剧上升，出现大面积明水，使渠堤长时间浸泡在水中，由于冻胀及地下水顶托作用，导致该渠段渠堤内坡多处滑塌，衬砌板拱起滑落，再加之2012～2015年夏灌的长历时、大流量、高强度运行，渠道损毁情况进一步加剧，已无法正常运行，迫切需要进行改造。因此，将西干渠0+725～1+965段1.24 km渠道衬砌改造列入交口抽渭灌区2016年续建配套节水改造项目建设内容。本文就该工程横断面设计方面进行分析探讨。

2 渠道横断面设计方案比选

西干渠0+725～1+965为兴王站前深挖方渠段，设计流量3.77 m3/s。据灌区灌溉试验站地下水动态观测资料，近几年年内除秋季外地下水埋深基本稳定在3.5 m左右，但8、9月份多雨季节地下水位会有较快上升。多年运行实践表明，当渠岸地下水位急剧上升时，该渠段边坡衬砌板在地下水扬压力作用下易发生滑塌，虽经多次修复但解决不了根本问题，严重威胁西干渠正常运行。根据现场踏勘、调研分析，影响该段渠道边坡稳定的主要因素有：

（1）西干泵站机组搭配不甚匹配，给水量调度带来不便，小流量时泵站常需雍水运行。

（2）高水位运行，有时水位超衬砌板，致使内坡土体含水量增大，土体饱和，浸润线上长，降低了边坡自身稳定性。

（3）高地下水给深挖方渠段边坡稳定带来不利影响。当地下水位上升较快时，会造成土体的软化，在饱和状态下其抗剪强度Cb、φb值降低，同时衬砌板在地下水扬压力作用下极易发生滑塌。

（4）勘察区②层土体为黄土状土，③层土体为粉土，土体本身稳定性差。

结合工程实际，对于该段渠道横断面设计提出了以下三个方案进行比选。

方案一：矩形过水断面、钢筋混凝土结构，见图1。

图1 矩形过水断面、钢筋混凝土结构

该方案过水断面为矩形，采用C25现浇钢筋混凝土结构。矩形断面净尺寸B×H=2.3 m×2.4 m，下部设置200 mm×200 mm倒角；侧墙背水面为折线型，距墙顶0.3 m范围内墙厚为0.3 m，距墙顶0.3 m～2.4 m范围内墙厚为0.3 m～0.5 m；底板厚0.4 m，下设100 mm厚C15素混凝土垫层、400 mm厚碎石垫层。

方案二：弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构，见图2。

图2 弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构

该方案过水断面为弧脚梯形，底宽0.9 m，弧脚半径1.3 m，圆心角38.66°，内坡比1∶1.25，渠深2.3 m。渠道采用浆砌石衬砌结构，梯形边坡厚度300 mm～600 mm，弧脚底板厚度600 mm，下设400 mm厚碎石垫层。浆砌石采用M7.5水泥砂浆砌筑，M10水泥砂浆勾缝。

方案三：“U”型过水断面、浆砌石挡土墙结构，见图3。

图3“U”型过水断面、浆砌石挡土墙结构

该方案横断面为“U”型，半径 2.5 m，圆心角 120°，渠深2.3 m，采用浆砌石挡土墙结构。挡墙顶宽0.3 m，底宽6.14 m，高2.7 m，下设400 mm厚碎石垫层。墙体采用M7.5水泥砂浆砌筑，M10水泥砂浆勾缝。

对三种方案进行比较，其结果见表1。

表1 西干渠0+725～1+965段段横断面设计方案技术经济对比表

方案一采用C25现浇钢筋混凝土结构，不仅整体性强、承载力高，抵抗外力条件好，且防渗效果佳，淤积量少，管理维护费用低。虽然工程投资偏高，但使用寿命长，经分析计算，若经济计算期取50年，方案一总费用（工程投资+维护管理费用）为678.01万元，方案二总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为829.81万元，方案三总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为913.92万元，因此从长远分析，方案一更为经济。

方案二、方案三为浆砌石衬砌结构，与钢筋混凝土结构相比，浆砌石勾缝多，结构整体性相对较差；施工过程以人力为主,施工质量不易保证；易破损，使用寿命相对较短，仅为混凝土结构的一半。交口抽渭灌区北干渠北倪站、东干渠蒲阳站、南王站等站前为深挖方渠段且地下水位较高，采用浆砌石衬砌，2011年持续强降雨，灌区地下水位急剧上升，出现大面积明水，站前渠道均水毁严重，内坡土方垮塌，砌石边坡破损滑落，渠道淤积极为严重，直接导致泵站无法正常开机引水。所以，在初设阶段，经多方研究反复论证，本次西干渠0+725～1+965段改造横断面设计不选用方案二、方案三。

综上所述，方案一明显优于其他方案，故方案一为推荐方案。

3 渠道横断面设计

西干渠0+725～1+965段过水断面改造为矩形，采用C25、F50、W6现浇钢筋混凝土结构。矩形断面净尺寸：B×H=2.3 m×2.4 m，下部设置200 mm×200 mm倒角。侧墙背水面为折线型，距墙顶0.3 m范围内墙厚为0.3 m，距墙顶0.3 m～2.4 m范围内墙厚为0.3 m～0.5 m。底板厚0.4 m，下设100 mm厚C15素混凝土垫层及400 mm厚碎石垫层。侧墙沿纵向每3 m设两处φ80PVC排水管，排水管两端采用无纺布土工织物包扎，并在下部铺设反滤层。渠道每9 m设一道横向伸缩缝，伸缩缝下部用BW型遇水膨胀止水条填充，上部用M10.0水泥砂浆封口。

渠深的拟定：西干渠0+725～1+965原设计渠深、衬砌深为2.3 m。由于西干泵站机组搭配不甚匹配，水量调度不便，泵站常需雍水运行，站前渠道水位较高。高水位运行，有时水位超衬砌板，致使内坡土体含水量增大，土体饱和，浸润线上长，降低了边坡自身稳定性。因此，本次设计考虑该段渠道起到一定的调蓄作用，结合灌溉运行实际，经分析计算，西干渠0+725～1+965段渠深、衬砌深拟定为2.4 m。

根据设计、加大、最小流量及比降按下式进行渠道水力计算：

式中：A 为过水断面面积，m2；R 为水力半径，m；R=A/X，X 为湿周，m；i为渠道比降。

经过水力计算，该渠段的水力要素见表2。

表2 渠道改造段改造后水力要素

4 结语

交口抽渭灌区2016年续建配套节水改造项目西干渠衬砌改造工程的实施，解决了西干渠兴王站前深挖方渠段在地下水位急剧上升时渠堤内坡滑塌的问题，保障了西干渠的安全运行，为灌区发展“两高一优”农业，实现农业现代化创造了条件。

TV672

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1673-9000（2017）05-0128-02

2017-04-13

刘琦(1979-),男,陕西三原人,工程师,主要从事水利工程施工管理工作。