東港灌區(qū)渠道滑坡地段處理及參數(shù)設(shè)計

孫美玲，孫永春

（遼寧省東港市友誼灌區(qū)管理處，遼寧 東港 118300）

1 工程概況

東港灌區(qū)位于遼寧省東南部，地處鴨綠江和大洋河下游，東西長65km，南北寬40km，總控制面積1352km2，灌區(qū)內(nèi)有耕地6.99萬hm2，是丹東市主要水稻產(chǎn)區(qū)。東港灌區(qū)有大中小型水庫20座，年總調(diào)節(jié)水量3.22億m3，已建成鐵甲、友誼兩條主干渠，總長72.1km；分干渠11條，總長85.85km；支渠233條，總長333.28km。目前，東港灌區(qū)存在灌排標(biāo)準(zhǔn)低、泵站設(shè)備損壞嚴(yán)重、量水設(shè)施不完善等問題，因此決定投資7004.32萬元對灌區(qū)渠道、泵站等進(jìn)行改造。

2 渠道滑坡地段處理方案

本次東港灌區(qū)節(jié)水改造工程共涉及干渠長度22.08km，其中1.8km渠道為深挖方，深度普遍在5m以上，且邊坡較陡，未做任何加固處理，存在滑坡隱患，因此工程先對滑坡進(jìn)行處理。

2.1 處理方案

本渠段滑坡隱患有兩種處理方案可進(jìn)行比選，兩種方案的優(yōu)缺點如表1[1]。

表1 滑坡地段處理方案對比

由于本項目滑坡處理長度較大，而且滑坡較平緩，若采用鋼筋混凝土箱涵成本較大，經(jīng)綜合比選決定采用漿砌石擋土墻處理滑坡。

2.2 漿砌石擋土墻設(shè)計

本渠段采用M7.5重力式漿砌石擋土墻加固處理，設(shè)計基礎(chǔ)埋深0.8～1.0m，墻高范圍1.8～2.9m，迎水坡坡比1∶1.5，背水坡坡比1∶1.6。擋土墻后部的滑動土體全部清除，并回填黏土分層壓實，要求密實度不小于0.9。設(shè)計排水孔距前趾頂1.0m，間距設(shè)計2.0m[2]。

2.3 處理后邊坡穩(wěn)定性

由于滑坡對渠道正常運行影響較大，確定級別為4級，擋墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.5，在此對擋土墻抗滑穩(wěn)定性和基底應(yīng)力進(jìn)行驗算。

2.3.1 抗滑穩(wěn)定性計算

在此采用“剛體平衡公式”來核算基地面的抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)kc，見式（1）[3]。

式中 f為地基軟弱結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)；∑V 為墻體地基垂直載荷總和；∑H 為墻體承受的水平載荷總和。

2.3.2 基底應(yīng)力驗算

基底應(yīng)力σ（單位kN/m2）驗算利用公式（2）進(jìn)行[4]。

式中 B為單位長度擋土墻底部面積；e為補償系數(shù)。

計算結(jié)果如表2。

表2 擋土墻基底應(yīng)力驗算結(jié)果

經(jīng)分析，無論渠道的正常或非常時期運行，其擋土墻抗滑穩(wěn)定性kc和基底應(yīng)力σ均大于標(biāo)準(zhǔn)值，且安全系數(shù)均在1.14以上，表明擋土墻滿足使用要求。

3 渠道參數(shù)

3.1 渠道斷面設(shè)計

本項目主要是對原有渠道進(jìn)行拆除重建，因此盡量減少土工量?？v斷面主要涉及到底坡坡率i的取值，總體維持原有渠道縱坡，坡率i=0.007。

渠道橫斷面有矩型、梯型、U型3種，為保證渠道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，設(shè)計采用U型斷面結(jié)構(gòu)，橫向斷面圖如圖1[5]。

圖1 渠道斷面示意圖

3.1.1 渠道襯砌超高h(yuǎn)1和渠道超高h(yuǎn)

渠道超過對于通流能力有著直接影響，一般包含襯砌超高h(yuǎn)1和渠道超高h(yuǎn)。依照表3經(jīng)驗數(shù)據(jù)，得出本項目h1=0.15m，h=0.3m。

表3 渠道襯砌超高h(yuǎn)1和渠道超高h(yuǎn)經(jīng)驗值表單位：m

3.1.2 渠道斷面尺寸確定

渠道水力計算的核心點是根據(jù)設(shè)計流量、渠道糙率、渠道比降等參數(shù)求圓弧半徑和水深。為簡化計算過程，本項目直接利用各尺寸經(jīng)驗公式（3）計算[6]，結(jié)果如表4，得出本項目R=60cm，a=8°，H′=1.8m。

式中 H′為渠道圓弧以上水深；Na為直線段外傾角a對應(yīng)的系數(shù)；R為渠底圓弧半徑。

表4 U型渠道斷面尺寸關(guān)系經(jīng)驗值

3.2 渠道襯砌及防凍脹設(shè)計

3.2.1 襯砌設(shè)計

根據(jù)工程實際，渠道襯砌可采用預(yù)制混凝土塊襯砌和現(xiàn)澆筑混凝土襯砌兩種方案，水泥型號最低強度為C20，襯砌厚度設(shè)計6cm。經(jīng)估算，預(yù)制混凝土塊襯砌投資55.2萬元/km，現(xiàn)澆筑混凝土襯砌投資59.3萬元/km，且預(yù)制混凝土塊襯砌具有施工迅速、簡單、不影響環(huán)境等優(yōu)點，因此本項目決定采用襯砌方案。

3.2.2 防凍脹設(shè)計

由于項目區(qū)位于我國東北地區(qū)，冬季嚴(yán)寒漫長，渠道防凍脹是必須要采取的措施。本項目設(shè)計采用置換法來進(jìn)行防凍脹。

3.2.2.1 設(shè)計凍深Z及置換深度Z0計算

根據(jù)經(jīng)驗公式計算設(shè)計凍深Z及置換深度Z0，如公式（4）和公式（5）。

式中 Ψd為日照及遮蔭修正系數(shù)；Ψw為地下水影響系數(shù)；Zm為歷年最大凍深，取值1.24m。

式中 ε為置換比；δ為襯砌板厚度，取值6cm。

經(jīng)計算得出本項目渠道基礎(chǔ)設(shè)計凍深Z=1.0m，其中渠道陽坡?lián)Q基厚度范圍30～50cm，陰坡?lián)Q基厚度40～60cm。

3.2.2.2 置換材料

置換材料有砂礫石材料和聚乙烯苯板兩種選擇，兩種方案的優(yōu)缺點對比如表5。經(jīng)過比選，由于聚乙烯苯板的使用壽命無法滿足要求，確定砂礫石作為渠道防凍脹換基材料，置換深度為30～60cm。

表5 置換材料優(yōu)缺點對比

4 結(jié)語

（1）東港灌區(qū)的渠道工程經(jīng)過節(jié)水改造后，各方面均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，滲流量降低95%以上，且通流能力增加30%，渠道輸水基本覆蓋了灌區(qū)的90%面積，極大地保證了灌溉效率。

（2）在渠道改造過程中，應(yīng)遵循盡量多利用原來工程，減少工程量和投資額，注重渠道防滲和防凍脹，以保證渠道壽命。