夾河子水庫上游分洪工程——大泉溝引洪渠設計與施工

【資料簡介】

　　摘要：夾河子水庫上游分洪工程大泉溝引洪渠地處泉水溢出帶，地下水豐富，局部段有較厚淤泥質土以及腐殖質土，工程地質條件屬地下水位較高的地區，在北方嚴寒地區具有典型性。本工程采用混凝土網格干砌石的設計解決了這一問題，在此介紹在這種典型地質條件下，渠道設計經驗和施工方法措施，以供交流。
　　
　　關鍵詞：泉水溢出帶混凝土網格干砌石施工排水軟基處理
　　
　　1工程概況
　　
　　夾河子水庫是瑪河中游的*一座攔河水庫，座落在石河子市區東北方向約25km處，地理坐標東經86°07′30″，北緯40°17′30″。由于水庫的防洪標準達不到設計要求而被列為病險水庫，大壩安全類別被評定為三類壩。
　　
　　擴建水庫上游分洪工程—大泉溝引洪渠是夾河子水庫除險加固中重要的一項工程措施。引洪渠從引洪閘處引水，洪水期分別向大泉溝水庫、蘑菇湖水庫分洪，引洪閘到大泉溝水庫分水閘6.8km、到蘑菇湖水庫17.2km，現狀渠道為土渠，梯形斷面，設計流量為25m3/s。該渠位于泉水溢出帶，渠道常年有泉水溢出，沿途有眾多的納水口，渠道兩邊均為國家基本農田及居民點。
　　
　　2大泉溝引洪渠工程地質條件
　　
　　引洪渠基本上屬挖方渠道，坡降1.51~2.27‰。兩側植被發育：①層雜填土，局部存在透境體，厚度0.5~1.2m，工程地質性質較差；②層低液限粘土，0.8~2.9m，分布不連續，硬塑~軟可塑，微透水；③層含細粒土砂，厚度0.5~1.4m，以透境體的形式存在，潮濕~飽水，松散~稍密，局部易垮孔，中等透水；④層腐植質，可見厚度0.5~1.9m，未揭穿，有機質含量較高；⑤層淤泥質粘土，可軟~軟塑，可見厚度0.4~2.0m，未揭穿，在該段的起始和終止端出現。該段地下水位埋深1.7~3.6m。工程地質條件較差。
　　
　　3設計方案比選
　　
　　3.1設計方案比選
　　
　　為充分利用現有工程，降低工程造價，大泉溝引洪渠在渠線選擇上仍按老渠線布置，對現狀進行改造擴建，擴大過流能力，達到分洪目的。通過調洪演算及結合工程現狀，確定大泉溝引洪渠設計流量為q設=50m3/s、q加=60m3/s。
　　
　　由于大泉溝引洪渠沿線處于泉水溢出帶，地下水位較高，為地下水補充渠水，不存在渠水滲漏的問題，渠基土質為凍脹性土。因此，大泉溝引洪渠的改造擴建在設計上應主要解決兩個問題：一是防沖問題；二是防凍問題。由于渠道兩側均為基本農田保護區，如果采用土渠斷面，有些地段將占用大量的基本農田、房屋、渠道和道路。經統計采用土渠方案需占用基本農田145.0畝、林帶3.2畝（伐樹2070棵）、房屋6502，且需增加數處跌水以使渠道降低流速。為減少土方開挖，少占基本農田、房屋和道路，充分利用當地材料，提高渠道的抗沖能力和過流能力，在渠道的襯砌結構型式上主要解決抗沖、排水和防凍脹等問題。因此，設計上主要采用混凝土網格干砌卵石襯砌方案來解決上述問題，該方案基本不占渠兩側耕地，對渠兩側原有設施基本沒有影響。
　　
　　3.2工程設計
　　
　　大泉溝引洪渠設計流量為50m3/s，加大流量為60m3/s。由于該渠段處于泉水溢出帶，地下水位較高，地下水補給渠道，襯砌上采取以防沖為主，因此，采用混凝土網格加干砌卵石襯砌。設計斷面為梯弧形斷面，圓弧半徑400cm，弧中心角33.69°，渠道平底寬8m，邊坡1:1.5。斷面結構從上往下依次為25cm厚的干砌卵石、10cm厚的砂礫石墊層、無紡布（400g/m2），為防止細顆粒土堵塞無紡布，在無紡布下鋪25cm的砂礫石墊層。渠道縱坡1/917~1/365，水深1.98~2.56m，流速1.66~2.29m/s。
　　
　　混凝土網格在渠底橫向每4m設1道，縱向方向在渠底中間、弧底、弧頂分別設有5道格柵，渠邊坡網格設計成棱形狀，有利于干砌卵石的穩定及水流的順暢。混凝土網格標號c20、f200，寬度30cm，厚度為35cm。網格在渠底中間分成“十”字縫，圓弧段及靠近邊坡的渠底分成“丁”字縫，嵌縫材料選用1cm厚的高壓閉孔塑料板。具體設計詳見下圖。
　　
　　4施工
　　
　　4.1施工條件
　　
　　大泉溝引洪渠設計為混凝土網格干砌石渠道，總長6.8km。渠線穿越基本農田保護區和居民點，兩岸可利用的場地較少，主要可利用的場地有樁號3000右側小塊荒地，樁號4080右側葦把子廠，樁號4400蘆葦湖和樁號2000、2650、5200、6100、6700等左右林帶間隙。工程沿線對外交通發達，對局部段渠堤進行加寬加固改造可滿足施工交通要求。
　　
　　根據對工程所在地氣候條件的分析，每年4~10月份為正常施工期，在其余月份施工須考慮采取冬季施工措施。為滿足農業灌溉用水的要求，根據本地各施工然條件，本工程施工期安排在*年11月份至次年洪水期前即6月20日。
　　
　　4.2施工措施和方法
　　
　　1）施工排水措施
　　
　　工程全線基本處在泉水溢出帶上，地下水位埋深1.7~3.6m，流向從渠左向渠右，渠左岸有14處納水口進入該渠道，匯集至渠道末端流量可達1.7m3/s，且常年較穩定。為保證施工質量，必須進行施工排水。
　　
　　主要可以考慮的排水方式分為明排和暗排。暗排主要可用的包括井點法排水和管井法排水，明排可用的即開挖明溝截斷地下水。在渠道沿線布設井點或一定距離布設管井，除占用耕地外，經濟上也是本工程難以承受的。故，渠道施工采用明排的方式排水，渠道分期施工。具體做法是：土方工程開始時，首先沿渠道左坡腳處開挖一條底寬0.5m（沿渠可適當加寬），深0.5m，邊坡1：1.5，縱坡與設計渠道縱坡相同的排水溝，將滲出的泉水導入渠尾排出；然后在渠底平段和右弧腳施工完時，用砂礫石將排水溝回填至設計位置后進行下道工序；渠道左側施工時采用分段集中抽水將滲水抽出匯入田間農渠，可根據各段地下水情況確定預留集水坑間距，待平底和弧腳施工完畢后補砌。抽水期從右弧腳混凝土澆筑完畢至左弧腳混凝土澆筑完畢，其余時間為自流排水。
　　
　　長渠道施工自流排水應具備強有力的協調和管理能力，施工中應遵循先動上游，下游跟進的施工原則。施工抽水期也應考慮當地耕作制度的要求。
　　
　　2）特殊地段施工
　　
　　引洪渠樁號4300~4500段右渠堤穿過蘆葦湖（沼澤）的邊緣，原渠堤為填方，坐落在多年淤積和摻有*的蘆葦根系的淤泥質粘土上，可塑~軟塑，可見厚度2.4m，以透境體形式存在，這種基礎的地基承載力很低。渠堤本身為雜填土，富含腐殖質，現狀施工中運料的大中型機械根本無法通過。
　　
　　如果此段渠道改線向左側偏移，將占用基本農田10畝，不可行；在現有渠線基礎上全部更換右渠堤填土，經濟上和工期上都不太可行。經多方論證和現場試驗，考慮到干砌石有一定的適應變形的能力，zui終采用了“不換填，適當降低渠堤填筑的標準”的處理方式以節約投資。
　　
　　根據此段渠堤薄弱，施工場地狹窄的特點，施工了“冬季進料，春季施工”的施工方法，即渠堤加寬加高的土石料（選擇凍脹量相對較小的土石料）在冬季渠堤基本被凍透的時期，利用凍土增加的承載力直接采用機械運料進場進行鋪填碾壓，并在初步成型的渠堤頂堆放渠道襯砌材料；春季凍土解凍，自然沉降后開始襯砌施工，主要工作采用人工完成。
　　
　　3）施工布置措施
　　
　　老灌區改擴建渠道兩側多為已開墾的耕地、居民區和林帶等，給工程施工布置帶來很多不便。本工程具有改擴建工程的一般特點。
　　
　　根據現狀，在施工總布置“因地制宜，交通方便，少占耕地，就近布置”的一般原則上增加了針對本工程的“沿線堆料，減小規模，多點分散布置，加強管理，減少干擾”。
　　
　　施工中，有堆料條件的段首先備料，沿線堆存；堆料場少的渠段采用邊用邊運的方式。在林帶或小塊荒地中見縫插針，幾平方米或十幾平方米均可作為臨時帳篷的搭設地點，稍大而靠近渠道伴行路的及可用作拌和站。本工程zui終施工基本沒有占用耕地，減少了農業生產損失，節約了工程投資。事實也證明加強管理可以減少干擾加快進度。
　　
　　5建議
　　
　　大泉溝引洪渠于2002年10月開始施工，2003年5月完工。2002年汛期受瑪河河道來水限制，引洪渠zui大引洪流量為45m3/s，過流時水流平穩，未見有浪花飛濺。通過一年的運行，渠道斷面保持規整完好，未發生垮渠的情況，說明該種渠道斷面結構形式在我國北方泉水溢出帶地區是比較合適的。
　　
　　該渠結構看似簡單，但施工工藝較為復雜，尤其是邊坡棱形狀混凝土網格的施工支模較為繁瑣，是控制是控制施工進度的關鍵項目。在今后類似的工程中應進一步優化，如將邊坡改為順坡網格，在網格分縫間設置插筋以增強網格完整性等。