正反拱箱形暗涵渠道的設計

1、    正反拱箱形暗涵渠道的設計            作者：王立清時間：2007-11-24 14:58:00                     摘要：針對高臺縣三清干渠CH23+06626+674渠段穿越小海子水庫庫區(qū)，經(jīng)方案比較

2、，優(yōu)選出適宜強凍脹和軟弱基土地層的正反拱箱形暗涵渠道方案；設計的正反拱拱箱形暗涵渠道經(jīng)實踐應用，設計合理，抗凍脹性能強，推廣價值極為廣泛。 關鍵詞：箱形暗涵 渠道 設計  1 工程概況高臺縣友聯(lián)灌區(qū)位于河西走廊中部，屬黑河流域中游沿岸大型灌區(qū)之一，高臺縣三清干渠是友聯(lián)灌區(qū)主要的引水渠道。干渠從臨澤縣蓼泉鎮(zhèn)塘灣村處的黑河南岸開口引水，西至高臺縣駱駝城山水河，全長67.75km，設計流量3.90m3/s，加大流量4.90m3/s，控制灌溉面積6.74萬畝。同時承擔著小海子水庫1048.1萬m3和鮑家湖水庫447萬m3的蓄水任務。三清干渠始建于1975年，原為土渠運行，20012004年黑

3、河流域近期治理項目中已完成三清干渠改建襯砌40.48km，干渠CH23+06626+674渠段3.608km，因受小海子水庫除險加固工程施工及考慮小海子水庫調(diào)節(jié)灌溉等因素影響，未進行建設。2.存在問題及工程建設原由三清干渠CH23+06626+674渠段地處小海子水庫北側(cè)，緊靠小海子水庫土壩布置。由于小海子水庫除險加固工程完成后，擴大了小海子水庫庫容，新建小海子水庫壩堤位于該段干渠下游，從而使三清干渠CH23+06626+674渠段處在水庫中。在小海子水庫除險加固工程設計中，曾考慮廢除三清干渠CH23+06626+674渠段，讓三清干渠上游引來的水進入小海子水庫，經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后輸出到下游三清干渠

4、，以滿足灌溉需求。但經(jīng)勘測后發(fā)現(xiàn)，三清干渠CH26+674處渠底高程為1365.156m（也即小海子水庫三清干渠放水洞洞底高程），而小海子水庫豐稔干渠放水洞高程為1362.0m（也即水庫庫底高程），相差3.156m。經(jīng)計算，要滿足三清干渠從水庫引水，水庫水位高程必須達到1366.5m，此時水庫最大水深4.5m，相應庫容為240萬m3。同時，由于57月份黑河基本斷流，三清干渠通常只能引12m3/s黑河潛流，此時正是灌溉高峰期，灌溉用水量很大，水庫水位很難滿足三清干渠引水要求。若采用廢除三清干渠CH23+06626+674渠段，經(jīng)小海子水庫調(diào)節(jié)后輸出到下游三清干渠的方案，將造成在小海子水庫低水位時

5、，三清干渠無法正常引水，而豐稔干渠則可盡情引水的局面。同時易造成各渠系分水不均矛盾，導致誘發(fā)社會不穩(wěn)定因素的發(fā)生。若保證小海子水庫水位滿足三清干渠正常引水，水庫庫容需維持在240萬m3左右，該庫容將成為死庫容不能發(fā)揮應有的效益，小海子水庫的灌溉效益將銳減。綜上所述，為了保證三清干渠正常引水，同時使小海子水庫的灌溉效益得到充分發(fā)揮，修建三清干渠CH23+06626+674渠段是解決問題的關鍵。3.工程設計3.1抗凍脹設計經(jīng)地質(zhì)勘察，三清干渠CH23+06626+674渠段大部分座落在沙壤土層上，為凍脹性土層。高臺縣氣象局實測本區(qū)多年平均凍土深度為106cm，即標準凍深106cm。經(jīng)計算，設計凍深

6、值為陽坡85.3cm，渠底98.5cm，陰坡127.84cm，凍脹量為7.57cm。依據(jù)渠系工程抗凍脹設計規(guī)范（SL23-19）規(guī)定，凍脹量遠大于襯砌渠道的允許位移值，需從適應凍脹、回避凍脹、消減或消除凍脹等方面采用抗凍脹結(jié)構(gòu)及工程措施。根據(jù)工程級別、日照及遮蔭程度、地下水位埋深、渠道走向等因素，工程措施采用砂礫石置換凍脹基土，置換厚度為陽坡5070cm，渠底60cm，陰坡6095cm?？箖雒浗Y(jié)構(gòu)措施采用設計方案比較優(yōu)選。3.2設計方案比選根據(jù)對小海子水庫地形地貌和三清干渠渠線的勘查，三清干渠CH23+06626+674渠段在渠線布置上有三種方案可進行比選。方案一：渠線沿新建小海子水庫土壩外北

7、側(cè)繞壩布置方案。該方案渠線長約4.5km，但因該段地勢低洼，地面高程低于渠頂設計高程約35m，屬全填方渠道，填方工程量大，且建成后渠基為柔弱地基，渠道沉降隱患大，對渠道長期運行不安全。方案二：渠線沿小海子水庫外以南布置方案。該方案設計渠線自三清干渠CH18+925處沿原小海子水庫回水線以南進行布置，渠線長約7km。因該段渠線經(jīng)過之地全部為沙丘，且地勢較高，屬全挖方渠道，挖方工程量大。同時受地形所限，渠線須兩次穿越312國道，渠線長，施工難度大，工程造價高。方案三：沿原渠線布置方案。該方案設計渠線沿三清干渠原渠線布置，渠線平行于原小海子水庫土壩，穿越小海子水庫，渠線長3.608km。該方案渠基挖

8、填適中，渠線短，工程量小，施工方便。但因穿越水庫，需充分考慮凍脹、穩(wěn)定等影響因素。經(jīng)綜合分析比較，方案一安全隱患大，不宜采用；方案二渠線長，施工難度大，工程造價高，不經(jīng)濟；方案三渠線短，工程量小，施工方便、經(jīng)濟合理，較為理想。因此，渠線布置選擇方案三。根據(jù)選定的渠線，抗凍脹結(jié)構(gòu)措施采用以下三種設計方案進行比較優(yōu)選。方案A：梯形明渠襯砌方案設計采用已建三清干渠梯形斷面結(jié)構(gòu)形式，渠底為C15細粒砼砌石襯砌，厚度40cm；渠坡為C15砼預制塊襯砌，厚度8cm；采用砂礫石墊層置換凍土，根據(jù)抗凍脹規(guī)范計算，置換厚度為：渠底60cm，渠陰坡6095cm，渠陽坡5070cm。方案A特性見表1。表1 設計方案

9、比選表方 案方案一方案二方案三結(jié)構(gòu)形式梯形渠道玻璃鋼管渠道正反拱箱形暗涵渠道襯砌方式C15砼預制塊和C15細粒砼組合襯砌玻璃鋼管承插連接襯砌C20鋼筋砼現(xiàn)澆襯砌優(yōu) 點防滲、抗凍脹、抗沖刷性能好，適宜于一般、中強凍脹區(qū)；施工工序較少，工程造價低。耐腐蝕、抗老化，抗凍性能好，自重輕，壽命長，摩擦力小，輸水性能好。采用弧底結(jié)構(gòu)抗凍性能好，適宜于強、極強凍脹區(qū)和軟土地基層；自重大，穩(wěn)定性好，施工簡便。工程造價適中。缺 點水庫高水位時干渠將被庫水淹沒，渠岸易被庫水淘蝕沖毀；渠道抗凍脹能力差，易于凍脹破壞，使用年限短。自重輕，在水中易漂浮，施工要求嚴格，工程造價高。施工工序多，工程質(zhì)量不易控制。使用年限3

10、030503050每km投資148萬元363萬元272萬元方案評價差差最優(yōu)方案B：玻璃鋼管襯砌方案渠床的凍脹性屬于強凍脹的中型渠道，回避凍脹的結(jié)構(gòu)措施應采用暗渠或暗管輸水，設計采用玻璃鋼管承插連接襯砌，管徑2.2m，管壁厚23mm。玻璃鋼管管身由連續(xù)的玻璃纖維不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂為基料，以石英砂及碳酸鈣為無機非金屬顆粒為填料壓制而成。方案B特性見表1。方案C：正反拱箱形暗涵渠道方案渠床的凍脹性屬于強凍脹的中型渠道，回避凍脹的結(jié)構(gòu)措施應采用暗渠或暗管輸水，暗渠的埋置深度應等于或大于工程設計凍深。設計渠底采用反拱弧底、渠頂為正拱蓋板的正反拱箱形暗涵，底部設置非凍脹性土置換層。設計暗涵凈寬3.0m，凈高2.3m，內(nèi)直墻高度1.3m；設計全部斷面采用C20鋼筋砼現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，拱頂厚20cm，反拱弧底厚40cm，側(cè)墻厚30cm。采用砂礫石墊層置換凍土，置換厚度為：渠底80cm。方案C特性見表1。根據(jù)對擬選的三個設計方案進行分析比較（見表1設計方案比選表），結(jié)論為：正反拱箱形暗涵渠道方案較方案一具有抗強凍脹、抗滑坡性能強，適宜軟土地基層和使用年限長等優(yōu)點