某水庫灌區(qū)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析

王利永

（河南科平工程檢測(cè)咨詢有限公司，河南 封丘 453300）

0 項(xiàng)目概況

某水庫灌區(qū)節(jié)水配套改造工程總投資16 920.97 萬元，其中土建投資12 848.55 萬元。計(jì)劃總工期12 個(gè)月，于2014 年7月開工，2015年6月底工程全部完工。經(jīng)水土保持分析評(píng)價(jià)修正后的工程總占地面積126.19 hm2，其中干渠改造工程占地105.71 hm2（利用原有渠道鋪設(shè)管道段占地52.28 hm2，管溝開挖段占地53.43 hm2），調(diào)蓄池占地5.58 hm2，施工臨時(shí)道路占地12.50 hm2，施工生產(chǎn)生活區(qū)占地2.40 hm2。

該水庫灌區(qū)節(jié)水配套改造工程干渠改造壓力管道鋪設(shè)開挖方8.70萬m3，回填方8.70萬m3，附屬設(shè)施和調(diào)蓄池開挖回填后的零星棄方就近利用或就近平鋪于梯田內(nèi)。

1 干渠改造管網(wǎng)輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水庫灌區(qū)節(jié)水配套干渠改造工程主要包括：總干渠（樁號(hào)15+100～16+600）段、東干渠、西干渠、中干渠及和平分干改造工程，全部用壓力管道鋪設(shè)，共81.22 km，其中西干管23.06 km、中干管13.85 km、總干管（樁號(hào)15+100～16+600）1.50 km 及東干管27.51 km、和平分干管15.30 km。

1.1 管材、管徑選擇

各管材綜合比較分析，預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管及加砂玻璃鋼管價(jià)格較為便宜，使用壽命長(zhǎng)，安裝方便，特別適合于長(zhǎng)距離輸水。硬塑料管造價(jià)最低，最適合田間低壓管道工程。鑒于水庫灌區(qū)節(jié)水配套干渠改造工程干管為大落差重力式管道，而田間為低壓管道系統(tǒng)。因此，本著經(jīng)濟(jì)可行的原則，總干管（15+100～16+500）段、東、西干管均采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管，跨渡槽段采用鋼管，中干管、和平分干管及田間支管采用PVC管道。管徑計(jì)算后干管、分干管：從總干渠末端開始，管材選用D800～D200 的預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管。中干管、和平分干管及支管：選用D400～250的PVC-U管。

1.2 管網(wǎng)系統(tǒng)布置及斷面設(shè)計(jì)

1.2.1 管網(wǎng)總體布置

該水庫灌區(qū)節(jié)水配套改造工程項(xiàng)目區(qū)以水庫控制范圍為一個(gè)灌溉系統(tǒng)，以東、西干為主脈，在不改變現(xiàn)狀條田、林、溝、路布局的條件下，按照原灌溉體系布置，即干管及其支管均按照原東、中、西干渠及其支渠渠線布置。

1.2.2 壓力管道縱斷面設(shè)計(jì)

水庫灌區(qū)節(jié)水配套改造工程根據(jù)壓力管道布置方案，灌溉輸水管道縱向依據(jù)沿線地形條件，比降基本與管線地面坡降保持一致?，F(xiàn)狀渠道護(hù)砌段，管道埋深以現(xiàn)狀渠底高程進(jìn)行控制，其他需新開挖管溝段，管道平均埋深依沿線地形條件和管溝開挖深公式計(jì)算確定。

式中：B-管溝底部寬度，m；D—管道外徑，m；H—管溝開挖深度，m；h凍—最大凍土深度，0.60 m。經(jīng)計(jì)算，管溝平均開挖深度按1.20 m進(jìn)行控制。

1.2.3 管道基礎(chǔ)及橫斷面設(shè)計(jì)

該水庫灌區(qū)節(jié)水配套改造工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)總干管（樁號(hào)15+100～16+600）段、東、西干管供水管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，采用柔性接口，基礎(chǔ)采用粗砂墊層，管底砂墊層厚度為20 cm。管道敷設(shè)方式采用地埋方式，管道平均埋深1.20 m。施工開挖邊坡設(shè)計(jì)為1.00∶1.25。

2 管道附屬工程設(shè)計(jì)

管網(wǎng)附屬設(shè)施詳見表1。

表1 管道附屬設(shè)施匯總成果表

2.1 壓力前池

可研報(bào)告設(shè)計(jì)通過新建壓力前池將總干渠與西干管連接。壓力前池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，正方形，根據(jù)水力計(jì)算，壓力前池設(shè)計(jì)水位為651.86 m，壓力水頭4.36 m。根據(jù)對(duì)壓力的要求，井深為5 m，尺寸為6 m×6 m，進(jìn)水管通過閥門與總干渠連接，出水管位于前池下端，通過三通分別與總東、西干管連接。

2.2 閥件井布置

為了保證輸水線路上閥件安全，閥件均布置在閥件井內(nèi)，為了減少閥件井的數(shù)量和占地，多種閥件可緊湊的布置在同一井內(nèi)。閥件井布置滿足各種閥件裝卸、操作及維修，根據(jù)閥件井不同的類型及功能，采用不同的斷面形式和結(jié)構(gòu)尺寸。

2.2.1 調(diào)壓井

調(diào)壓井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，正方形，與大氣相通，井內(nèi)水面為自由水面，根據(jù)對(duì)壓力的要求，井深為5 m，尺寸為6 m×6 m，進(jìn)水管位于減壓井下端，支管固定，管口朝下，水墊后約為2 m，減壓井上端設(shè)為無縫鋼管，管徑為DN250 鋼管，粗糙率為1.10×10-2m，可承壓0.60～1.80 MPa。共設(shè)置調(diào)壓井1座。

2.2.2 控制閥井

控制閥井一般布置在重力流管線的進(jìn)口、叉管上下游和末端處?？刂崎y井為方形C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)管徑不同，井內(nèi)尺寸也不同，井深視管道埋深而定，壁厚由井口尺寸和井深而定，井底板下部鋪設(shè)0.10 m厚素混凝土墊層，井底設(shè)0.50 m深的集水坑，井內(nèi)對(duì)應(yīng)進(jìn)人孔處設(shè)置爬梯，控制閥井四周設(shè)欄桿，共布置控制閥井4座。

2.2.3 檢修閥井

檢修閥門的間距應(yīng)根據(jù)管道復(fù)雜情況、管材強(qiáng)度、事故排水難易等情況確定，一般每5～10 km 宜設(shè)置1處；穿越大型河道、鐵路、公路進(jìn)出口也考慮設(shè)置檢修閥，在安裝流量計(jì)等水力控制閥時(shí)也布置檢修閥，為了減少閥件井?dāng)?shù)量，檢修閥可與其他閥件結(jié)合布置在檢修閥井內(nèi)。

東、西干管檢修閥井尺寸為3 m×3 m，中干管及和平分干管檢修井尺寸為2 m×2 m，根據(jù)沿線地形條件，井底高程低于管底高程0.80 m，檢查閥井進(jìn)口高出地面30 cm。檢查閥井基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土澆筑，厚30 cm，井四周采用C20現(xiàn)澆混凝土澆筑，厚25 cm，井蓋采用20 cm 厚的C20 預(yù)置混凝土板。共布置檢修閥井17座。

2.2.4 空氣閥井

為了滿足管線系統(tǒng)在啟動(dòng)、檢修和正常運(yùn)行過程中的進(jìn)排氣要求，在管線縱斷面的上坡度變化凸頂點(diǎn)、長(zhǎng)水平段等位置分別設(shè)置空氣閥井，進(jìn)氣排氣閥井間距按500～800 m控制。

東、西干管空氣閥井尺寸為2 m×2 m，中干管及和平分干管空氣閥井尺寸為1.50 m×1.50 m，根據(jù)沿線地形條件，井口高出地面20 cm。排氣閥井基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土澆筑，厚25 cm，井四周采用C20 現(xiàn)澆混凝土澆筑，厚20 cm，井蓋20 cm 厚的C20預(yù)制混凝土板。共設(shè)置空氣閥井135座。

2.2.5 排空閥井

運(yùn)行檢修或事故工況時(shí)，為減少管道中的排水量，擬在管線的低洼處、主要溝、河處設(shè)置排水管、泄水閥及相應(yīng)的排水設(shè)施。泄水閥間距根據(jù)排水時(shí)間及排水量計(jì)算確定，口徑取輸水管道直徑的1/5～1/4。在穿越重要鐵路、公路處分別設(shè)置泄水閥以便建筑物的檢修排水。共設(shè)置排空閥井16 座、排泥井11 座。

2.2.6 流量計(jì)井

流量計(jì)井布置在管道的進(jìn)出口和分岔口處，以方便、準(zhǔn)確地計(jì)量干支管和各分水口分出的水量，為動(dòng)態(tài)控制提供數(shù)據(jù)支持。工程在各級(jí)輸水管線進(jìn)口設(shè)置流量計(jì)1套，采用電磁流量計(jì)。為便于安裝檢修，加裝置與其規(guī)格、壓力相同的伸縮器，共設(shè)置流量計(jì)井13座。

3 調(diào)蓄池工程設(shè)計(jì)

3.1 工程布置

根據(jù)水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果可知，由于受水庫興利庫容的限制，水庫最大年可供水量為1 342.98 萬m3，需水量1 359 萬m3，缺水16 萬m3，供水能力不足。因此，可研報(bào)告設(shè)計(jì)采用“長(zhǎng)藤結(jié)瓜”的方式在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)修建調(diào)蓄池，和水庫聯(lián)合調(diào)度，在豐水期蓄水，在灌溉供水不足期放水灌溉，以滿足灌區(qū)用水需求。設(shè)計(jì)在東、西、中干管及和平分干管沿線每個(gè)村設(shè)置1 座，共62 座。每座調(diào)蓄池通過壓力管道和閥門與灌區(qū)干管或支管連接。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

調(diào)節(jié)蓄水池?cái)M建蓄水量500 m3，建設(shè)內(nèi)容包括：調(diào)蓄水池、控制閥井、溢水井共三部分。

3.2.1 蓄水池

工程采用開敞的圓形井式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土型號(hào)為C25。結(jié)構(gòu)尺寸：內(nèi)直徑10 m，高6.60 m，上部的側(cè)墻為等厚0.40 m的直墻段，高3 m；下部的側(cè)墻迎水面為直面，背水面為斜面，厚度從0.40 m漸變到0.80 m，高3.60 m；底板厚0.60 m，其下C10混凝土墊層厚0.10 m；在底板上距離側(cè)墻0.60 m布置深1 m，直徑1.50 m的吸水坑；側(cè)墻內(nèi)外側(cè)布置一座鋼梯。

蓄水池埋深考慮工程地質(zhì)條件、工程布置、工程量以及工程安全等因素，經(jīng)綜合分析確定埋深4.20 m，上部頂端超出地面3 m。

蓄水池在吸水坑內(nèi)通過直徑250 mm的鋼管做為進(jìn)出水管進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)出水口采用喇叭口DN250×375，鋼管架設(shè)在底板上0.15 m處，穿過側(cè)墻與蓄水池外部的控制閥井相連；吸水坑下底邊沿設(shè)置DN100 的鋼管泄水管。蓄水池側(cè)墻距離頂部200設(shè)置溢水管，采用鋼管將多余水排進(jìn)溢水井內(nèi)。

3.2.2 控制閥井

控制閥井采用封閉的矩形井式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土型號(hào)為C25。結(jié)構(gòu)尺寸：內(nèi)長(zhǎng)1.80 m，寬1.80 m，高2 m，四周側(cè)墻等厚0.20 m，頂板采用0.15 m一塊進(jìn)人孔蓋板和兩塊吊物孔蓋板覆蓋，底板厚0.30 m，其下C10混凝土墊層厚0.10 m；在距離底板上0.30 m架設(shè)直徑250 mm的鋼管，閥井內(nèi)設(shè)置支墩，閥井至干渠壓力管道段采用直徑250 mm的PVC管連接?？刂崎y井埋置于地下，上部頂端超出地面0.10 m。

3.2.3 溢流井

溢流井采用封閉的矩形井式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土型號(hào)為C25。結(jié)構(gòu)尺寸：內(nèi)長(zhǎng)2 m，寬1.80 m，高2.80 m，四周側(cè)墻等厚0.20 m，頂板采用厚度0.10 的玻璃鋼頂蓋，底板厚0.25 m，其下C10 混凝土墊層厚0.10 m。進(jìn)口通過溢水鋼管在距離底板上部0.15 m進(jìn)入溢流井，通過溢流井內(nèi)溢流堰調(diào)節(jié)，在距離底板上部0.15 m通過鋼管排入雨水系統(tǒng)。

溢流井埋深考慮工程地質(zhì)條件、工程量以及工程安全等因素，經(jīng)綜合分析確定埋深2 m，頂端超出地面1 m。

4 結(jié)語

該水庫灌區(qū)節(jié)水配套改造工程項(xiàng)目干渠改造壓力管道鋪設(shè)開挖方8.70萬m3，回填方8.70萬m3，附屬設(shè)施和調(diào)蓄池開挖回填后的零星棄方就近利用或就近平鋪于梯田內(nèi)。節(jié)水配套改造工程實(shí)施后，可保證3 253.33 hm2農(nóng)田灌溉用水（其中煙葉面積2 000 hm2），水利用系數(shù)提高到0.80，灌溉保證率由現(xiàn)狀的不足10%提高到50%，新增節(jié)水能力489.21 萬m3，新增糧食和煙葉生產(chǎn)能力1.02萬t，年新增總效益2 202.95萬元。