新疆沙井子灌区胜利渠段防渗及建筑物改建工程设计

何 蛟

(阿克苏塔河源勘测设计院有限公司，新疆 阿克苏 843000)

胜利渠于1951年开始修建，自西大桥电站尾水渠起，终点至三团、南北干渠进水闸处结束，全长102.5 km，桩号0+000-16+106渠段阿克苏市、一师沙井子灌区共用。 16+106-102+500渠段是沙井子灌区引水总干渠，承担了沙井子灌区6.72万hm2耕地的灌溉和新井子水库的引水蓄库的双重任务，是沙井子灌区发展的命脉。2012年根据大型灌区续建配套与节水改造工程项目资金安排，将西大桥引水渠和胜利渠16～48 km渠段纳入该项目，2015—2018年完成工程实施，调陡了各渠段设计纵坡，减少了泥沙淤积，提高了输水效率，改善了新井子水库引水条件，解决了部分渠段水位不足的问题，发挥了良好的工程效益。受环境等因素的影响，对其实施有效的防渗改建工程是提高其作用价值和使用寿命的必要手段。为此，本文提出新疆沙井子灌区胜利渠防渗改建工程设计研究，在分析施工区域基础概况的基础上，提出了具体的改建方案设计。通过本文的研究，以期为胜利渠段的改建工作提供参考。

1 施工环境概况分析

1.1 沙井子灌区水利工程设施条件

第一师沙井子灌区内引水工程、蓄水工程、输水工程、灌溉工程及排水工程基本已配套完成，灌区内渠、林、路、电等基础设施已基本网络化，沙井子灌区目前已形成“一枢纽两渠两库”为骨干工程的格局。“一枢纽”为西大桥引水枢纽，设计泄洪流量1650 m3/s，进水闸流量160 m3/s。“两渠”分别为西大桥引水渠和胜利渠，其中，西大桥引水渠全长9.15 km，设计流量160 m3/s，胜利渠全长102 km，设计流量127～57 m3/s。“两库”分别为新井子水库和西大桥水库，新井子水库设计库容8600万m3，西大桥水库设计库容2320万m3。

本文设计改建的胜利渠段，控制沙井子灌区一、二、三团及启浪乡灌溉面积6.72万hm2。其中，一团灌区自本工程胜利渠防渗改建段放线桩号0+000闸枢纽、6+650闸枢纽及18+010闸枢纽左侧分水闸引水，通过一、二、三干渠向灌区输水灌溉。二团灌区自胜利渠18+010—35+505渠段沿线分水闸引水，通过二团一、二、三、四、五、六支渠向灌区输水灌溉，二团库西灌区通过库西一、二、三、四、五支渠自新井子水库和胜利渠引水，通过灌区内的分支、斗渠进行引水灌溉。三团灌区自胜利渠54+016闸枢纽引水，通过三团南干渠、北干渠向灌区输水灌溉。启浪乡自胜利渠27+513右分水闸处引水。一、二、三团灌溉渠道共计520条，总长1042.191 km，排水渠道共计301条，总长度815.367 km。通过观察发现，沙井子灌区是由西大桥电站尾水渠0+724处胜利渠进水闸引水，由胜利渠向灌区输水。胜利渠二级电站以上约16 km长的渠道为沙井子灌区、柯坪县启浪乡灌区、阿克苏阿音柯灌区、胜利渠一、二级电站的总引水渠，合成流量在16 km闸枢纽处进行二次分配，沙井子灌区水量控制节点为胜利渠16 km闸枢纽，控制灌溉面积100.83万亩。

1.2 沙井子灌区气候环境条件

本文采集的气象资料来自阿克苏市气象站资料，具有较好的代表性，得到的数据结果如表1所示。

表1 沙井子灌区气象条件参数

1.3 渠线工程地质条件

改建渠道现状为土渠，从起始点西大桥电站退水闸(桩号0+000)至建化厂电站(桩号8+050)段，基本以填方为主，部分渠段为半挖半填，电站下游8+200～16+106闸枢纽段基本以挖方为主，部分渠段为半挖半填。经勘察，8+523～16+106 m 段虽未发现地下水，但由于砾岩和砂岩渗透性差，渠床渗漏量较小。

对8+523～16+106 m段进行具体分析，其位于山前冲洪积倾斜砾质平原下部，该段渠道挖方多填方少，地形起伏较缓，纵坡较小，地面标高1085～1083 m，坡降约1/1000。20 m以上地层岩性主要以粉土质砂和级配不良砾质土为主，有含细粒土砾和细砂夹层。其中，第①层主要为渠堤部分，由级配不良砾及级配不良砂粉土等组成，杂色，松散-稍密，稍湿，分布连续，层厚0.5～3.1 m。第②-1层低液限粉土，仅分布在8+700～10+500段13+000～15+500和，呈灰黄色、浅黄色，松散，湿，不均匀，层底埋深0.5～2.1 m，厚度0.6～3.3 m，局部夹粉土质砂夹层。低液限粉土天然含水量为13.05%，天然密度为1.64 g/cm3，干密度为1.45 g/cm3，比重为2.70，孔隙比为0.86，液限为26.83%，塑限为18.27%，塑性指数为8.57，抗剪强度为22.23°，黏聚力为10.88 kPa，渗透系数为1.42×10-5～7.16×10-5cm/s。第②层级配不良砾为山前洪积物(Q3pl)，地层分布连续，层顶埋深0.5～2.1 m，层厚大于15.0 m，具水平层理，呈灰色-灰黄色，稍湿，稍密-密实，砾石磨圆度中等，其间夹有粗砂及细砂和含细粒土砂夹层。级配不良砾石含量为72.2%。

2 防渗改建设计

本文通过对胜利渠8+532～16+106渠段浇混凝土板衬砌弧形坡角进行梯形断面结构型式设计实现防渗改建。

该方案渠底、边坡均采用现浇C30混凝土板，板下铺一布一膜，采用砂砾石防冻胀的弧形坡角梯形断面结构型式。渠底、边坡均采用现浇C30混凝土板衬砌，渠床基土上铺设砂砾石防冻胀材料[1]，其上铺一布一膜(膜厚0.5 mm)，一布一膜上现浇C30混凝土板衬砌，渠底、边坡现浇C30混凝土板厚度均为15 cm，分缝材料为2 cm厚闭孔塑料板，闭缝材料为聚氨酯密封胶，填缝深度不小于2 cm，设计内坡坡比为1∶2.25，设计外坡坡比为1∶1.5，弧形坡角半径采用5.0 m，封顶板采用预制L型渠缘石，采用抗硫水泥[2]，每块渠缘石高30 cm，宽30 cm，长50 cm，分缝处采用M15砂浆砌缝，缝宽2.5 cm，埋设于堤顶以下15 cm，左右侧堤顶宽度均为4.0 m，断面采用弧形坡角梯形断面结构型式。

2.1 闸枢纽改建设计

设计胜利渠防渗改建段沿线2座闸枢纽均在原址进行改建，均采用开敞式钢筋混凝土结构[3]。闸枢纽节制闸闸室长度结合人行桥、检修便桥、上部闸房、闸后交通桥等布置进行确定，闸枢纽闸室长度9.5～13.0 m，闸室单孔净宽采用3 m、4 m、5 m三种尺寸，采用C35钢筋混凝土结构，中墩厚度为0.9～1.1 m，墩头采用流线墩头，边墩顶部宽度0.6 m，底部宽度0.8 m。闸前人行桥、检修桥采用板梁结构，闸后交通桥采用板桥，人行桥、检修便桥两侧设置栏杆，工作桥采用框架结构，上部设置闸房[4]。节制闸上下游采用现浇C35混凝土扭面或圆弧形式重力墙进行连接，上游铺盖、下游消力池、海漫段两侧设置栏杆。具体部位设计说明如下:

首先,是闸前铺盖，闸前铺盖沿闸室向上游进行延伸，将原闸前铺盖全部拆除，重新修建铺盖，高程与闸底板高程一致[5]。采用C35素混凝土结构，铺盖厚度d=40～50 cm，前后设置 1.0 m 深齿墙，铺盖分缝宽度≤25 d，采用2 cm厚闭孔板分缝，651型止水橡皮止水。铺盖两侧与闸室连接处采用现浇混凝土重力墙挡土，与上游现状横断面护岸进行连接，保证水流平顺[6]。

其次，是闸室，原闸室部分全部拆除重建，新建闸室采用C35钢筋混凝土开敞式结构，闸室高度根据超高计算与渠道横断面高度一致[7]。闸室由下至上，底板厚度采用0.9～1.1 m，根据底板柔性指数计算进行分缝，其中，0+000闸枢纽节制闸及胜利渠进水闸分缝2道[8]。闸墩采用C35钢筋混凝土直墙，厚度0.9～1.1 m，闸墩前后采用圆弧形墩头。闸室边墙采用C35钢筋混凝土挡土墙，上口宽0.6 m，下口宽0.8 m。闸室由上游至下游，分别设置检修桥、检修闸门、工作闸门、工作桥及交通桥，均采用板梁结构型式，桥上均设置防护围栏，保证人员安全[9]。上部结构为框架剪力墙闸房，闸房一层为排架柱，排架柱生根于闸墩，闸房二层为启闭间，启闭间配套电气设备，工作闸门启闭设备为手电两用单吊点和双吊点螺杆式启闭机，检修闸门为电动吊葫芦。其中，工作闸门孔宽4.0 m和5.0 m采用双吊点，孔宽3.0 m 和1.0 m采用单吊点。

最后，是消力池，在闸室下游设置陡坡+消力坎式消能防冲设施，消力池长度10～12 m，消力池底板厚50～60 cm，根据地下水位情况，0+000闸枢纽消力池底板设置反滤设施消除地下水扬压力，前后设置齿墙，陡坡坡比1∶4.0，消力坎深80 cm。为了有效缩减消力池长度，消力坎前设置“T”型消能墩，提高消能防冲效果。消力池两侧采用重力式挡土墙与上下游断面进行连接，分缝处均采用651型止水橡皮止水。

对于海漫段，消力池后海漫段采用现浇C35混凝土板护坡、护底，板厚50～60 cm，其中，0+000闸枢纽底板设置反淲设施,消除地下水扬压力。混凝土板下铺设一布一膜防渗，板缝每2 m采用2 cm闭孔板分缝，前后设置竖隔墙与上下游进行连接。海漫段根据上下游实际连接情况设置20～30 m。其中，0+000闸枢纽节制闸海漫段后采用50 cm厚格宾石笼进行软连接，格宾石笼长度10 m。

2.2 分水闸改建设计

对该渠段的改建设计新建改建分水闸6座，采用开敞式钢筋混凝土结构，闸孔净宽1.0 m，闸门均采用平面钢闸门，启闭机采用手电两用单吊点螺杆式启闭机。闸室前采用重力式八字斜降墙与渠道断面进行连接，闸前采用水平铺盖，铺盖长度与渠道断面底板连接，底板厚度40 cm。闸室后采用重力墙扭面结构形式与闸后土渠断面进行连接，因闸后土渠实测底高程均高于胜利渠设计渠底2.0 m以上，因此,无须设置消力池。闸室上部设置启闭柱、踏步及交通桥。闸室底板及前后连接所有分缝处均采用1 cm厚闭孔板分缝并采用651型止水橡皮止水。

2.3 交通桥改建设计

该渠段设计改建交通桥共1座，设计标准均为公路Ⅱ级，交通桥面净宽7.0 m。上部结构采用14版公路工程设计标准化桥涵通用图(中交公路规划设计院有限公司)进行设计，单块板宽度1.25 m，桥跨均为13 m，桥面行车道设双向横坡1.5%，行车道外两侧设防撞墙，桥面两侧设置人行道板。下部结构采用“U”型桥台，桥台座于岩基上，确保地基承载力及桥台稳定性。

2.4 测水桥和扬水泵站改建设计

该渠段渠道设计开口宽度14～30 m，共设置测水桥共3座，均为钢桁架。钢桁架的结构均采用焊接结构，上弦，下弦，竖杆、斜杆、横杆均采用角钢，角钢型号分别为上弦∠80、下弦∠70、斜杆∠70、竖杆∠63、斜杆∠50。设计扬水泵站13座，均在原泵址处修建，位于渠堤外侧。泵房采用砖混结构型式，泵房面积24 m2。每个扬水泵站均设置水泵1台，水泵设计流量0.15～0.20 m3/s，扬程5～12 m，采用HW型卧式单级单吸式混流泵。泵管自渠堤伸入渠道内，弯头处设置镇墩，进口处距离渠底不低于50 cm，设置底阀。出口处设置矩形消力池，保证水流平顺进入土渠。

3 结 语

新疆沙井子灌区近年通过塔河综合治理、大型灌区续建配套与节水改造、南疆骨干工程、病险水库水闸除险加固、农业综合开发、以工代赈、河道治理等项目的实施，有效控制了河道的洪水灾害，提高了输水效率、输水时间，改善了运行条件，提高了水资源利用效率，本文提出胜利渠段的防渗改建设计研究。以期使水利基础设施建设得到充分的发展，水利基础设施体系得到进一步完善和补充，更好发挥基础设施的工程效益，为阿拉尔市经济发展、灌区农业发展奠定坚实基础。