浅谈交口抽渭灌区东干渠挖方段渠道断面选型与施工质量控制

曹 刚

（陕西省交口抽渭灌溉中心,陕西 渭南 714000）

交口抽渭灌区位于陕西省关中东部,是一个灌、排并举的大型电力抽水灌区,东西长48.6 km,南北宽31.9 km,辖灌西安、渭南两市所辖的临潼、闫良、临渭、富平、蒲城和大荔六个县（区）,设施灌溉面积126.2 万亩,有抽（排）水站30 座,干支渠道40 条,长度357.4 km,渠系建筑物1714 座,已衬砌长度310.69 km,渠道衬砌率为87%。

1 工程概况

东干渠属于交口抽渭灌区东干系统,由总干渠末端引水,经胡家站引至蒲城县境内的南王站,全长10.48 km,渠首设计流量8.28 m3/s,承担着临渭区、大荔县、蒲城县的吝店、交斜、官路、张家、党睦、下寨等九个乡（镇）31.64 万亩农田的灌溉输水任务。本次改造渠道桩号9+188～10+288,属东干渠下游段,渠道南北走向,设计流量3.48 m3/s～1.98 m3/s,灌溉面积14.4 万亩。

渠道存在的主要问题:

（1）渠道坍塌淤积严重,过流能力不断降低

东干渠9+188～10+288 段为挖方渠道,梯形浆砌石衬砌结构,地下水埋深基本稳定在3 m 左右, 由于近年来秋季持续强降雨天,造成地下水位不断攀升, 内涝严重；渠道浆砌石坍塌、滑落严重,造成淤积严重,渠道过水断面不断减小,糙率加大,输水能力不足原设计的60%,很难满足农作物抗旱需求,严重影响到下游10 余万亩农作物的增产增收。

（2） 高水位小流量运行下,维修管护成本不断提高

该渠段位于南王抽水站站前,近年来高水位小流量状况运行是常态,易形成壅水,造成渠堤漫顶事故,对沿线居民生活、生产造成威胁,灌溉运行期间需派人24 小时巡查。同时,因渠道淤积造成渠底太高,使上游蒲阳抽水站扬程相应抬高,机组出水达不到设计工况,影响泵站安全正常运行,增加机组维修成本。

2 渠道衬砌改造设计

2.1 渠道纵断面设计

满足灌区东干系统灌溉用水要求,结合原渠道上下游沿线地形、水力条件等因素,尽量减少渠道改建工程量,且工程投资经济合理,东干渠改造段维持原设计比降1/1750。

2.2 渠道横断面设计

2.2.1渠道横断面形式比选

东干渠作为深挖方渠段,浆砌石衬砌结构。根据灌区试验站地下水监测数据,近年来秋雨季节渠道沿线地下水位上升较快,浆砌石边坡在地下水扬压力作用下容易发生滑落坍塌,管理站多次加固维修,但未从根本上解决问题。本次设计对于该段渠道横断面设计提出矩形断面钢筋混凝土结构、“U”型断面浆砌石挡土墙结构及弧脚梯形断面浆砌石衬砌结构三个方案进行比较。

（1）矩形断面钢筋混凝土结构

图1 矩形断面钢筋混凝土结构图

渠道断面采用C25 钢筋混凝土结构,宽2.7 m,深2.5 m,渠底设0.2 m×0.2 m 倒角；边墙厚40 cm～50 cm；底板厚40 cm,下设10 cm C15 素混凝土垫层、40 cm 厚碎石垫层。

（2）弧脚梯形断面浆砌石结构

图2 弧脚梯形断面浆砌石结构图

过水断面底宽0.9 m,弧脚半径1.3 m,圆心角38.66°,坡比1∶1.25,渠2.3 m,边坡厚0.3 m～0.60 mm,底板厚0.6 mm,下设0.4 m 厚碎石垫层。

图3 “U”型断面浆砌石挡墙结构图

（3）“U”型断面浆砌石挡墙结构断面半径为2.5 m,深2.3 m,圆心角120°,挡墙顶宽0.3 m,底宽6.14 m,高2.7 m,设0.4 m 碎石垫层。

2.2.2渠道横断面形式的确定综上对比,方案一优于其他两个方案,故东干渠改造段横断面形式选用矩形钢筋混凝土结构。

表1 东干渠改造段设计方案对比表

续表1

2.2.3渠道断面相关参数的确定

1） 渠深的拟定

东干渠该做的原设计渠深、衬砌深为1.9 m。由于东干系统机组无变频设备,水量调度不便,站前需雍水运行,难免造成水位超过衬砌板高度,使渠道内坡土壤含水量增大,浸润线上升,边坡自身稳定性有所降低。故本设计考虑该段渠道雍水超高,拟定渠深为2.2 m。

2） 渠道水力计算、复核

表2 渠道改造段改造后水力要素

3）不淤流速复核

灌区夏灌期间,渭河水源含沙量较大,易造成淤积,本次设计以渠首抽水含沙量10%（106.7 kg/m3）做不淤流速校核,采用经验公式计算：

式中：C为根据灌区经验系数结合泥沙组成取0.64；R为取最小流量时相应水力半径；计算得不淤流速为0.398 m/s,渠道最小流速满足不淤要求。

综合分析,确定东干渠改造段过水断面为矩形,C25F50 W6钢筋混凝土结构,渠道宽宽2.7 m,深2.5 m,边墙厚0.3 m～0.5 m,底板厚0.4 m,设0.1 m 素混凝土垫层及0.4 m 碎石垫层,边墙设两处φ80PVC 排水管,梅花桩布设,间距3 m。横向伸缩缝采用M5 遇水膨胀止水橡胶填充,M10.0 水泥砂浆封口, 每9 m 设一道。

3 矩形钢筋混凝土结构断面施工技术

3.1 土方开挖施工

3.1.1测量放线

施工水准布置按照由高到低逐等控制。（1）施工放样前,对已有的设计数据、施工图纵横断面尺寸进行详细校核。（2）施工前,对平面控制点进行加密布设施工现场控制桩。（3）确定渠道中线及边坡开挖线,钉好桩撒上白灰控制线。（4）施工过程中, 需对边坡控制点、中心线及高程进行多次校核, 有条件的, 在地质条件较差部位设置观测点, 定时对变形情况进行观测。

3.1.2施工排水

东干渠分布在渭河三级阶地,地下水浅层水主要以潜水形式存在,潜水埋深一般在2 m～3 m,潜水深度高出原渠底1 m～1.5 m,本次改造段选用PVC 塑料井点排水,渠道单侧布设,井间距20 m,深15 m,井径φ600 mm,管机井,小流量低扬程过载保护智能潜水泵集中抽排。

3.1.3清淤、拆除、清表

渠道清淤采用1 m3挖掘机进行清理、用自卸汽车运至指定的弃土场,渠道表层树根、杂草、杂物、块石、淤泥、腐植土等清除干净；破旧浆砌石拆除采用机械+人工的方法进行,拆除必须干净,并清理残留碎块,拆除物要堆放在指定处,按要求堆放整齐；对整个回填范围和取土场进行除杂清表,将树根、淤泥、腐植土等杂物清除干净,清理厚度不小于0.3 m。清理出的杂物运至指定地点,不得掺入土料中使用。

3.2 土方回填

回填采用分层压实的方法进行,主要施工步骤如下：

1）严格掌握铺土厚度,达到均匀一致,每层厚度30 cm,做到随铺随压,碾压工具选用压路机及蛙式电夯、立式电夯等,压实系数不小于0.93。

2）机械碾压保持中速行使,防止漏压,搭接宽度要不小于0.5 m,机械压不到部位,要采用人工电夯,确保碾压的质量。

3）质量控制：摊铺厚度不要超厚。特殊部位须用人工铺土和小型机具进行压实,厚度不得超过20 cm。降雨天气,应停止施工,雨后恢复施工,填筑面应经晾晒、复压处理并待质检合格后及时进行复工。

3.3 碎石垫层

东干渠改造段为矩形渠道,底层为0.4 m 厚碎石垫层。应采用20 mm～40 mm 粒径的质地坚硬的碎石。碎石中不能含有塑料纸、树叶、根根和杂草等有机杂物。最大粒径不得超过虚铺厚度的2/3,并不能大于50 mm。主要的工艺流程：碎石质量的检验——分层铺筑—进行夯实——找平——质量验收。

3.4 钢筋的制安

钢筋制安主要做好以下几个方面：

（1）钢筋进入施工现场后,应按照规范,严格对钢筋的数量、品种、厂家、外观质量、产品质量合格证进行查验,分类堆放,并立牌识别。

（2）钢筋安装前,应将表面漆、油污、锈鳞锈等清除干净,应做拉力、冷弯试验和焊接工艺试验。钢筋的弯制、末端的弯钩和接头,应符合设计图纸的要求。

（3）钢筋的安装应符合施工详图和有关规范的规定。安装好的钢筋,应具有足够的刚度和稳定性,保证在砼浇筑的过程中,其位置不变,避免发生错位变形,严禁为浇筑混凝土方便,未经许可擅自移动或切割钢筋。

3.5 砼模板

东干渠改造段为矩形渠道,模板采用竹胶板制作,立模时用40 mm×60 mm 方木进行加固,模板采用对拉丝进行固定。模板的制作、安装、移动、拆除与维修须满足施工技术规范、施工图纸和招标文件的要求。混凝土浇筑前详细检查地基处理、模板等,并做好记录。在全部符合施工详图要求并经项目监理现场验收合格后方可浇筑。模板安装好后,其表面的平整度和垂直度必须符合规范要求（垂直偏差不大于3 mm）,接缝严密,上下层模板不得有错台,相邻模板高差不大于3 mm。

3.6 砼浇筑

东干渠改造段砼入仓采用安装溜槽,人工辅助入仓的方式。卸料后由人工将混凝土送入溜槽,溜槽每隔3 m 设置一道缓冲装置,并由人工辅助进入仓面。浇筑砼时,严禁在仓内加水,不合格的砼严禁入仓,已入仓的不合格砼必须清除。在浇筑模内,无法使用振捣器的部位,应辅以人工捣固,以保证砼的质量。

3.7 砼养护

混凝土浇筑完后要及时进行养护,洒水养护不少于14 天,养护应在浇筑完毕后的12 小时以内,对混凝土加以覆盖和洒水。日平均气温低于5℃时,不得洒水。在塑料布覆盖养护时,应覆盖严密,保持布内有凝结水；在混凝土表面不便洒水或使用塑料布养护时,宜涂刷薄膜保护剂,防止混凝土内部蒸发,用养护剂养护的部位应经监理同意。

4 结论

随着近几年矩形断面在灌区东干渠、西干渠的实施,逐步解决了灌区东干、西干系统地下水位埋深下骨干渠道正常运行的主要问题,恢复了灌溉面积,干支渠渠系水利用系数由0.74 提高到0.75,经济效益和社会效益十分显著,结果可供同类项目参考。