河北省南水北調(diào)配套工程

【摘要】石津干渠工程是河北省最大灌區(qū)石津灌區(qū)的灌溉渠道，擔(dān)負(fù)著200多萬畝灌溉輸水任務(wù)，為滿足南水北調(diào)配套工程供水要求，決定對其進(jìn)行擴(kuò)建改造。本文通過對工程的設(shè)計(jì)的分析，為類似改建、擴(kuò)建工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】防滲；防凍脹；安全防護(hù)

1、工程概況

大田南干渠連接石津總干渠與滄州壓力箱涵，全長不到5km，但沿線布置大小建筑物27座，大田南干段工程是連接石津總干渠與滄州壓力箱涵的紐帶，起點(diǎn)為大田南（北）分干進(jìn)水閘，終點(diǎn)為大田南干一分干進(jìn)水閘，線路長4894m。通過對石津干渠大田南干渠現(xiàn)有渠道進(jìn)行擴(kuò)建，將成為城市供水和農(nóng)業(yè)灌溉綜合利用的工程。

主要建設(shè)內(nèi)容為：渠道混凝土襯砌防滲處理、運(yùn)行維護(hù)道路、坡面防護(hù)工程、網(wǎng)欄；3座節(jié)制閘、18座農(nóng)業(yè)灌溉進(jìn)水閘（13座為越級分水口）、1座退水閘（不重建）、1座排水倒虹吸、4座交通橋等。

2、渠道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1工程等別及建筑物級別

石津干渠配套工程大田南干段為南水北調(diào)城市供水和農(nóng)業(yè)灌溉輸水共用段，規(guī)模確定考慮灌溉用水和南水北調(diào)供水的組合，設(shè)計(jì)流量21m3/s，校核流量23m3/s。石津干渠大田南干段規(guī)模確定為Ⅱ等。主要建筑物及部位包括：渠道堤身、襯砌、防護(hù)墻；次要建筑物及部位包括：渠道背水坡框格植草護(hù)坡。

2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）渠道斷面設(shè)計(jì)

本工程為利用原有灌溉渠道改建，原渠道設(shè)計(jì)流量10m3/s，校核流量11m3/s，原渠道為U型斷面、梯形斷面兩種型式，改建后要求過流能力設(shè)計(jì)流量21m3/s，校核流量23m3/s。

（2）防滲設(shè)計(jì)

①原渠道滲漏量計(jì)算

本渠段為半填半挖渠道，大部分渠段地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘砂雙層，渠底為壤土、粉砂及細(xì)砂等，渠道邊坡為砂壤土。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，本段地下水埋深15～15m。據(jù)此，渠道滲漏不考慮頂托影響計(jì)算。按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算渠道單位長度水量損失率，公式如下：

防滲前本段渠道總滲漏量按各灌溉期與非灌溉期渠道防滲前滲漏量加總確定。按灌溉期3個月和非灌溉期8個月渠道分段設(shè)計(jì)流量估算，本段渠道無防滲時滲漏量為2059.7萬m3/年。

②防滲后滲漏量計(jì)算

大田南干段為半填半挖渠道，設(shè)計(jì)加大水位超出地面高程1.5～2.0m。參照南水北調(diào)總干渠填方渠段工程實(shí)例，采用復(fù)合土工膜與混凝土襯砌相結(jié)合的防滲方案?；炷烈r砌厚度：邊坡為10cm、渠底為8cm，襯砌下鋪設(shè)復(fù)合土工膜（576g/m2）。

防滲后滲漏量，按《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》計(jì)算襯砌渠道單位長度損失流量，公式如下：

（3）防凍脹設(shè)計(jì)

①設(shè)計(jì)凍深計(jì)算

工程地點(diǎn)設(shè)計(jì)凍深按下式計(jì)算：

②基礎(chǔ)下設(shè)計(jì)凍深計(jì)算：

混凝土襯砌厚度<0.5m，采用下式進(jìn)行計(jì)算：

③凍脹量

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下凍土層產(chǎn)生的凍漲量

本工程凍脹期仍舊通水運(yùn)行，在確定其設(shè)計(jì)凍深時，對于水（冰）面以上1.0m范圍內(nèi)的邊坡，地下水位應(yīng)取水（冰）面高程，選取地下水影響系數(shù)；在確定其凍脹量時，對于水（冰）面以上0.5m范圍內(nèi)的邊坡，應(yīng)按地下水水位埋深為零計(jì)算。本渠段渠道近似為NS走向，當(dāng)渠坡采用10cm厚混凝土襯砌板，渠底采用8cm混凝土襯砌板時，陰、陽坡最大凍脹量30.7cm，底板最大凍脹量30.0cm，需要采取防凍脹措施。

④防凍脹措施

渠坡和渠底凍脹量均小于2cm，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，凍脹性級別為Ⅰ級。對于梯形混凝土襯砌渠道，防凍脹措施一般可考慮的措施有：

1）采用架空梁板式或預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)。

2）將凍脹性土置換成非凍脹性土。

3）采用保溫措施防凍脹。

⑤保溫板設(shè)計(jì)

擠塑聚苯乙烯保溫板（XPS）具有導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低，有較好的抗壓縮性能等特點(diǎn)，保溫效果良好，因此，本段采用擠塑聚苯乙烯泡沫板作為渠道防凍脹措施的保溫材料。

保溫板厚度采用下面公式計(jì)算：

保溫板厚度的計(jì)算：選取保溫板自然狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)0.03，保溫板吸水率1%，查表得保溫板導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)=1.1；混凝土導(dǎo)熱系數(shù)取值=2.33W/（m℃），工程保溫基礎(chǔ)設(shè)計(jì)熱阻值=1.05，渠道邊坡混凝土襯砌板厚度10cm。經(jīng)計(jì)算陰、陽坡保溫板厚度5.2cm，設(shè)計(jì)保溫板厚度6cm。

（4）安全防護(hù)設(shè)計(jì)

為便于渠道的運(yùn)行管理和維修，保證引江水質(zhì)，渠道采用全封閉式管理。

①隔離網(wǎng)欄設(shè)計(jì)

為防止人類、牲畜活動等因素，對總干渠設(shè)施及輸水水質(zhì)產(chǎn)生影響，在渠道兩側(cè)布設(shè)隔離網(wǎng)欄，網(wǎng)欄高1.5～2.0m，現(xiàn)狀舊橋設(shè)置防落網(wǎng)，并與渠道兩側(cè)防落網(wǎng)閉合。

②下渠臺階

梯形斷面渠道每隔500m在渠道邊坡上兩岸錯開布置下渠臺階，以便落水人員自救及方便渠道或建筑物檢修等，臺階高15cm，寬30cm，長1.5m。

③防護(hù)墻設(shè)計(jì)

為防止車輛發(fā)生事故時車輛或貨物掉進(jìn)渠道，污染水質(zhì)，在梯形斷面渠道和運(yùn)行維護(hù)道路之間設(shè)置一道防撞墻，墻高1.4m，外露0.8m，混凝土結(jié)構(gòu)。

④渠道檢修設(shè)計(jì)

在本渠段末端布置有大田南干一分干進(jìn)水閘及大田南干一分干節(jié)制閘分別連接大田南干一分干渠及大田南干二分干渠，檢修時可做臨時退水渠。

3、設(shè)計(jì)思考

3.1渠道改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)。應(yīng)首先滿足工程規(guī)模及用水目標(biāo)的設(shè)計(jì)水位的要求，并綜合考慮工程占地、工程投資及工程實(shí)施的難易程度進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)避免不顧及現(xiàn)場情況盲目設(shè)計(jì)，隨著社會的發(fā)展，工程占遷、土料運(yùn)距、棄土棄渣場地的選取及施工工藝的繁瑣程度已逐漸成為影響工程投資、進(jìn)度及安全的重要影響因素。

3.2半填半挖渠道及填方渠道工程設(shè)計(jì)。僅考慮黏性土與混凝土配合防滲應(yīng)謹(jǐn)慎，通過參考類似工程及參考類似工程，中小型渠道土工膜防滲是必要的。因?yàn)橹行⌒颓赖谭罃嗝媸苷鞯氐南拗?，堤身普遍不厚?shí)，不利于大型碾壓機(jī)械施工，個別區(qū)域需要人工夯實(shí)，填筑質(zhì)量不易保證。假如該工程由于投資原因取消復(fù)合土工膜的鋪設(shè)，一旦發(fā)生滲漏，就需要停水檢修，必然會影響下游城市供水，其對工農(nóng)業(yè)及人民正常生活帶來的損失和影響將不可估量。

3.3保溫板類型。南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程中采用的保溫板為聚苯乙烯泡沫保溫板；南水北調(diào)配套工程石津干渠工程中采用擠塑聚苯乙烯保溫板，其表觀密度、壓縮強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)均優(yōu)于前者，且可進(jìn)行壓花等加糙處理；而今又出現(xiàn)了水泥發(fā)泡保溫板、增強(qiáng)纖維復(fù)合保溫板等新型材料。這些新材料、新工藝、新思維對設(shè)計(jì)人員都是一種挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，做一個與時俱進(jìn)的水利工作者。

作者簡介：李琦（1978-），男，河北承德人，高級工程師，河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院從事水利工程設(shè)計(jì)工作。