夾河子水庫(kù)上游分洪工程——大泉溝引洪渠設(shè)計(jì)與施工

【資料簡(jiǎn)介】

　　摘要：夾河子水庫(kù)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(zhì)土以及腐殖質(zhì)土，工程地質(zhì)條件屬地下水位較高的地區(qū)，在北方嚴(yán)寒地區(qū)具有典型性。本工程采用混凝土網(wǎng)格干砌石的設(shè)計(jì)解決了這一問(wèn)題，在此介紹在這種典型地質(zhì)條件下，渠道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和施工方法措施，以供交流。
　　
　　關(guān)鍵詞：泉水溢出帶混凝土網(wǎng)格干砌石施工排水軟基處理
　　
　　1工程概況
　　
　　夾河子水庫(kù)是瑪河中游的*一座攔河水庫(kù)，座落在石河子市區(qū)東北方向約25km處，地理坐標(biāo)東經(jīng)86°07′30″，北緯40°17′30″。由于水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而被列為病險(xiǎn)水庫(kù)，大壩安全類別被評(píng)定為三類壩。
　　
　　擴(kuò)建水庫(kù)上游分洪工程—大泉溝引洪渠是夾河子水庫(kù)除險(xiǎn)加固中重要的一項(xiàng)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(kù)、蘑菇湖水庫(kù)分洪，引洪閘到大泉溝水庫(kù)分水閘6.8km、到蘑菇湖水庫(kù)17.2km，現(xiàn)狀渠道為土渠，梯形斷面，設(shè)計(jì)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(guó)家基本農(nóng)田及居民點(diǎn)。
　　
　　2大泉溝引洪渠工程地質(zhì)條件
　　
　　引洪渠基本上屬挖方渠道，坡降1.51~2.27‰。兩側(cè)植被發(fā)育：①層雜填土，局部存在透境體，厚度0.5~1.2m，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；②層低液限粘土，0.8~2.9m，分布不連續(xù)，硬塑~軟可塑，微透水；③層含細(xì)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(zhì)，可見(jiàn)厚度0.5~1.9m，未揭穿，有機(jī)質(zhì)含量較高；⑤層淤泥質(zhì)粘土，可軟~軟塑，可見(jiàn)厚度0.4~2.0m，未揭穿，在該段的起始和終止端出現(xiàn)。該段地下水位埋深1.7~3.6m。工程地質(zhì)條件較差。
　　
　　3設(shè)計(jì)方案比選
　　
　　3.1設(shè)計(jì)方案比選
　　
　　為充分利用現(xiàn)有工程，降低工程造價(jià)，大泉溝引洪渠在渠線選擇上仍按老渠線布置，對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行改造擴(kuò)建，擴(kuò)大過(guò)流能力，達(dá)到分洪目的。通過(guò)調(diào)洪演算及結(jié)合工程現(xiàn)狀，確定大泉溝引洪渠設(shè)計(jì)流量為q設(shè)=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(bǔ)充渠水，不存在渠水滲漏的問(wèn)題，渠基土質(zhì)為凍脹性土。因此，大泉溝引洪渠的改造擴(kuò)建在設(shè)計(jì)上應(yīng)主要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是防沖問(wèn)題；二是防凍問(wèn)題。由于渠道兩側(cè)均為基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，如果采用土渠斷面，有些地段將占用大量的基本農(nóng)田、房屋、渠道和道路。經(jīng)統(tǒng)計(jì)采用土渠方案需占用基本農(nóng)田145.0畝、林帶3.2畝（伐樹(shù)2070棵）、房屋6502，且需增加數(shù)處跌水以使渠道降低流速。為減少土方開(kāi)挖，少占基本農(nóng)田、房屋和道路，充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，提高渠道的抗沖能力和過(guò)流能力，在渠道的襯砌結(jié)構(gòu)型式上主要解決抗沖、排水和防凍脹等問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)上主要采用混凝土網(wǎng)格干砌卵石襯砌方案來(lái)解決上述問(wèn)題，該方案基本不占渠兩側(cè)耕地，對(duì)渠兩側(cè)原有設(shè)施基本沒(méi)有影響。
　　
　　3.2工程設(shè)計(jì)
　　
　　大泉溝引洪渠設(shè)計(jì)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(bǔ)給渠道，襯砌上采取以防沖為主，因此，采用混凝土網(wǎng)格加干砌卵石襯砌。設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)從上往下依次為25cm厚的干砌卵石、10cm厚的砂礫石墊層、無(wú)紡布（400g/m2），為防止細(xì)顆粒土堵塞無(wú)紡布，在無(wú)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(wǎng)格在渠底橫向每4m設(shè)1道，縱向方向在渠底中間、弧底、弧頂分別設(shè)有5道格柵，渠邊坡網(wǎng)格設(shè)計(jì)成棱形狀，有利于干砌卵石的穩(wěn)定及水流的順暢。混凝土網(wǎng)格標(biāo)號(hào)c20、f200，寬度30cm，厚度為35cm。網(wǎng)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(shè)計(jì)詳見(jiàn)下圖。
　　
　　4施工
　　
　　4.1施工條件
　　
　　大泉溝引洪渠設(shè)計(jì)為混凝土網(wǎng)格干砌石渠道，總長(zhǎng)6.8km。渠線穿越基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)和居民點(diǎn)，兩岸可利用的場(chǎng)地較少，主要可利用的場(chǎng)地有樁號(hào)3000右側(cè)小塊荒地，樁號(hào)4080右側(cè)葦把子廠，樁號(hào)4400蘆葦湖和樁號(hào)2000、2650、5200、6100、6700等左右林帶間隙。工程沿線對(duì)外交通發(fā)達(dá)，對(duì)局部段渠堤進(jìn)行加寬加固改造可滿足施工交通要求。
　　
　　根據(jù)對(duì)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(nóng)業(yè)灌溉用水的要求，根據(jù)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(jìn)入該渠道，匯集至渠道末端流量可達(dá)1.7m3/s，且常年較穩(wěn)定。為保證施工質(zhì)量，必須進(jìn)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(diǎn)法排水和管井法排水，明排可用的即開(kāi)挖明溝截?cái)嗟叵滤Ｔ谇姥鼐€布設(shè)井點(diǎn)或一定距離布設(shè)管井，除占用耕地外，經(jīng)濟(jì)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(kāi)始時(shí)，首先沿渠道左坡腳處開(kāi)挖一條底寬0.5m（沿渠可適當(dāng)加寬），深0.5m，邊坡1：1.5，縱坡與設(shè)計(jì)渠道縱坡相同的排水溝，將滲出的泉水導(dǎo)入渠尾排出；然后在渠底平段和右弧腳施工完時(shí)，用砂礫石將排水溝回填至設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行下道工序；渠道左側(cè)施工時(shí)采用分段集中抽水將滲水抽出匯入田間農(nóng)渠，可根據(jù)各段地下水情況確定預(yù)留集水坑間距，待平底和弧腳施工完畢后補(bǔ)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(shí)間為自流排水。
　　
　　長(zhǎng)渠道施工自流排水應(yīng)具備強(qiáng)有力的協(xié)調(diào)和管理能力，施工中應(yīng)遵循先動(dòng)上游，下游跟進(jìn)的施工原則。施工抽水期也應(yīng)考慮當(dāng)?shù)馗髦贫鹊囊蟆?br />　　
　　2）特殊地段施工
　　
　　引洪渠樁號(hào)4300~4500段右渠堤穿過(guò)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(zhì)粘土上，可塑~軟塑，可見(jiàn)厚度2.4m，以透境體形式存在，這種基礎(chǔ)的地基承載力很低。渠堤本身為雜填土，富含腐殖質(zhì)，現(xiàn)狀施工中運(yùn)料的大中型機(jī)械根本無(wú)法通過(guò)。
　　
　　如果此段渠道改線向左側(cè)偏移，將占用基本農(nóng)田10畝，不可行；在現(xiàn)有渠線基礎(chǔ)上全部更換右渠堤填土，經(jīng)濟(jì)上和工期上都不太可行。經(jīng)多方論證和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，考慮到干砌石有一定的適應(yīng)變形的能力，zui終采用了“不換填，適當(dāng)降低渠堤填筑的標(biāo)準(zhǔn)”的處理方式以節(jié)約投資。
　　
　　根據(jù)此段渠堤薄弱，施工場(chǎng)地狹窄的特點(diǎn)，施工了“冬季進(jìn)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(duì)較小的土石料）在冬季渠堤基本被凍透的時(shí)期，利用凍土增加的承載力直接采用機(jī)械運(yùn)料進(jìn)場(chǎng)進(jìn)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(kāi)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(qū)改擴(kuò)建渠道兩側(cè)多為已開(kāi)墾的耕地、居民區(qū)和林帶等，給工程施工布置帶來(lái)很多不便。本工程具有改擴(kuò)建工程的一般特點(diǎn)。
　　
　　根據(jù)現(xiàn)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(duì)本工程的“沿線堆料，減小規(guī)模，多點(diǎn)分散布置，加強(qiáng)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(chǎng)少的渠段采用邊用邊運(yùn)的方式。在林帶或小塊荒地中見(jiàn)縫插針，幾平方米或十幾平方米均可作為臨時(shí)帳篷的搭設(shè)地點(diǎn)，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(méi)有占用耕地，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失，節(jié)約了工程投資。事實(shí)也證明加強(qiáng)管理可以減少干擾加快進(jìn)度。
　　
　　5建議
　　
　　大泉溝引洪渠于2002年10月開(kāi)始施工，2003年5月完工。2002年汛期受瑪河河道來(lái)水限制，引洪渠zui大引洪流量為45m3/s，過(guò)流時(shí)水流平穩(wěn)，未見(jiàn)有浪花飛濺。通過(guò)一年的運(yùn)行，渠道斷面保持規(guī)整完好，未發(fā)生垮渠的情況，說(shuō)明該種渠道斷面結(jié)構(gòu)形式在我國(guó)北方泉水溢出帶地區(qū)是比較合適的。
　　
　　該渠結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)單，但施工工藝較為復(fù)雜，尤其是邊坡棱形狀混凝土網(wǎng)格的施工支模較為繁瑣，是控制是控制施工進(jìn)度的關(guān)鍵項(xiàng)目。在今后類似的工程中應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化，如將邊坡改為順坡網(wǎng)格，在網(wǎng)格分縫間設(shè)置插筋以增強(qiáng)網(wǎng)格完整性等。