傍山渠道结构型式选择.pdf

2023年7月收稿日期：20230320作者简介：曾祥磊（1991），男，硕士，工程师，主要从事水工结构设计工作。DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.07.009傍山渠道结构型式选择曾祥磊，黄晶，郭斌，李密（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳550002）摘要：夹岩水利工程灌区金沙分干渠渠道沿线产业园、居民房屋和公路较多，渠线穿过乡村果园、人畜活动密集区；渠道轴线与岩层走向成交角较小（即顺层坡），开挖切脚后易导致边坡失稳滑塌等。为便于后期运行管理，以典型傍山渠道作为分析对象，对渠道结构型式选择进行分析研究，提出将浆砌石明渠型式调整为钢筋混凝土箱涵型式。关键词：水利工程；灌区；渠道；箱涵中图分类号：TV68；S275.3文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）07-0030-06Selection of the Structure Type of Mountain-side CanalZENG Xiang-lei，HUANG Jing，GUO Bin，LI Mi（Guizhou Water Resources and Hydropower Survey，Design and Research Institute Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China）Abstract：Jinsha Branch Canal in Jiayan Water Conservancy Project Irrigation Areas is characterized by numerousindustrial parks，residential houses and highways along the canal construction course.The canal passes through villageorchards and areas with dense human and livestock activities.The alignment of the canal axis is closely related to the trendof rock layers，resulting in a small angle（parallel）to the slope.Excavation and toe cutting can easily lead to slope instabilityand collapse.To facilitate future operation and management，a study is conducted on the selection of canal structure typesusing a typical mountain-side canal as the analysis object.It is proposed to adjust the current rubble-lined open channelstructure to a reinforced concrete box culvert structure.Key words：water conservancy project；irrigation area；canal；box culvert1工程概况贵州省夹岩水利枢纽及黔西供水工程（以下简称夹岩水利工程）位于贵州省毕节市及遵义市境内，是一座以供水和灌溉为主兼顾发电的大（1）型水利枢纽工程。工程总体布局以新建夹岩水库为集中供水水源，以已建附廓水库为反调节水库，并利用灌区现有小型水库屯蓄。工程由水源工程、毕大供水工程和灌区骨干输水工程三部分组成，总投资186.49亿元，水库库容13.23亿m，多年平均供水量6.88亿m3，总供水人口267万人，电站总装机容量90 MW。灌区骨干输水工程设计线路总长648.0 km，明渠设计长度96.1 km，以渠身断面呈下窄上宽的倒梯形结构型式为主。金沙分干渠为夹岩水利工程灌区骨干输水工程中较为重要的标段之一，主要向贵州省金沙县城禹龙片区（部分）、安岚源片区及化沙官片区供水，年输水量 5 062 万 m3，总长 34.586 km，其中渠道长14.986 km；渠道渠身完全置于基岩内的渠段为窄深式，断面为梯形，渠高2.302.90 m，渠底宽1.62.0 m，渠顶开口宽2.983.74 m；渠堤采用M7.5浆砌石砌筑，迎水面边坡1 0.3，采用C15混凝土防渗。随着社会经济发展对水安全的要求不断提高，合理选择渠道结构型式对于确保后期渠道水质安全、运行管理方便和控制运行管理成本等尤为重要。金沙分干渠渠道处于半山腰，植被茂盛，上部岩体风化脱落及周边枯枝落叶可能会造成敞口渠道在运行过程淤积，受洪水等自然灾害影响渠道常因边坡垮塌等因素造成破坏，如图12所示；渠道沿线产业园、居民房屋和公路较多，渠线穿过乡村果园、人畜活动密集区，造成管理不便和后期运行成本增加；部分渠道边坡较高且覆盖层较厚，部分渠道轴线与岩层走向成交角较小（即顺层坡），且靠山侧边坡倾角海河水利302023.No.7较大，开挖切脚后极易导致边坡失稳滑塌，基础及边坡处理工作量大。结合以上情况分析，认为进一步研究渠道结构型式是有必要的。2工程地质条件金沙分干渠所在工程区地形地貌主要为溶蚀-侵蚀地貌浅切中山地形，海拔1 0501 200 m，依次穿过T1m-1q地层，工程区地震动加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为 0.35 s，地震基本烈度为度，无活动性断裂带通过，区域地质构造稳定较好；渠道多采用傍山布置，沿线地形坡度一般为3040，其走向与岩层走向小角度相交，部分边坡为顺向坡，覆盖层 05 m 不等，局部段覆盖层埋深较大，下伏地层岩性有中厚层灰岩、薄层泥质白云岩、薄层泥质粉砂岩等，地下水埋深较大；部分渠道边坡为顺向坡，受层面、节理切割影响，开挖后易失稳滑塌破坏，需作加强支护处理；部分渠道边坡为土质边坡，自然边坡稳定，开挖后雨季易失稳滑动，需作加强处理。3方案比选3.1方案拟定根据实际情况，拟定4个方案进行比选。3.1.1方案1：浆砌石明渠方案浆砌石明渠方案及原设计方案渠身断面呈下窄上宽的倒梯形。渠道渠身完全置于基岩内的渠段为窄深式，断面为梯形，渠高2.302.90 m，渠底宽1.62.0 m，渠顶开口宽 2.983.74 m；渠堤采用 M7.5 浆砌石砌筑，迎水面边坡1 0.3，采用C15混凝土防渗。渠身处于强风化岩层时，渠道直接开挖石槽成形，采用C15混凝土防渗；渠身处于岩层较为破碎地段，可根据实际情况采用M7.5浆砌石衬砌，采用C15混凝土防渗。渠道基础不满足设计要求时，同样采用M7.5 浆砌石进行换填处理。渠道边坡采用喷 C20素混凝土进行支护，局部高边坡段增加钢筋网片及C25锚杆支护，锚杆长3.0 m。浆砌石明渠方案标准断面，如图3所示。图1已建渠道受损情况图2已建渠道受枯枝烂叶影响现场图3浆砌石明渠方案标准断面单位/mmC15混凝土压顶厚10 cm8002 9803 740100200300112C15混凝土排水沟30 cm20 cm地面线土石分界线土石回填M7.5浆砌石C15防渗混凝土厚15 cm原地面线设计水位加大水位C15防渗混凝土厚15 cm1 600/2 000渠底高程土石回填土石分界线1 600/2 000B1B2B1 0.51 0.32 4503 0502 3502 9501001501 0.53.1.2方案2：浆砌石明渠加盖板方案鉴于金沙分干渠承担有集镇及农村人口供水任务，在方案1基础上增设钢筋混凝土盖板，其标准断面如图4所示。曾祥磊，黄晶，郭斌，等：傍山渠道结构型式选择312023年7月图4浆砌石明渠加盖板方案标准断面单位/mm浆砌石明渠加盖板方案渠道横断面结构尺寸和原设计方案相同，结构尺寸详见表 1（受力筋选配C16200，分布筋选配C10200）。3.1.3方案3：钢筋混凝土箱涵方案为更好保证渠道安全稳定以及运行过程中水质问题，将渠道结构型式调整为钢筋混凝土箱涵，箱涵边墙及底板厚度拟采用与已变更部位相同厚度25 cm，顶板取 15 cm，箱涵底部设置 6 cm厚素 C25混凝土垫层；箱涵断面底宽为2.02.5 m，高为2.152.6 m，如图5所示。通过对比浆砌石明渠和钢筋混凝土箱涵方案发现，渠道结构调整后水深变化不大，可通过进出口部位进行微调，保证水面线顺接，不影响上下游建筑物衔接，计算成果详见表2。3.1.4方案4：钢管方案为更好保证渠道安全稳定以及运行过程中水质问题，渠道大流量部位（设计流量大于 3.2 m/s）改为钢筋混凝土箱涵，小流量部分（设计流量小于3.2 m/s）改为螺旋钢管，因各渠道前后建筑物已施工，经水力计算复核后无法采用有压管进行布置，故采用无压流管道布置。螺旋钢管（初拟管壁厚10 mm）方案管道底部采用 C15 混凝土垫层，管槽采用土石回填，并在转弯处采用布置镇墩或者包管处理；部分陡峭段及管道高于原地面线的部分采用支墩进行支撑。螺旋钢管标准断面，如图 6所示。考虑到同等条件下方案4螺旋钢管造价较高且施工难度较大，不利于现场施工，而且其投资远大于其余方案，故在后续的方案比选中仅对方案1、方案2、方案3进行比较研究。表1浆砌石明渠加盖板方案渠道结构尺寸拟定成果序号1234567渠道底宽2.02.02.02.02.02.01.6渠道上口宽3.743.74/3.653.65/3.593.59/3.533.62/3.533.53/3.47/3.282.69/2.89盖板宽度4.344.344.344.344.224.163.58备注板厚200 mm图5钢筋混凝土箱涵方案标准断面单位/mmC15混凝土压顶厚10 cm1002 4503 0502 3502 950土石回填2 000/1 6001 0.5M7.5浆砌石1 0.31 0.3设计水位M7.5浆砌石C25钢筋混凝土盖板土石分界线地面线厚200 mm4 340/1 000/4 160/3 580C15防渗混凝土1 0.5喷C20混凝土厚8 cm3 000/2 5002 000/1 500250250250250加大水位设计水位2 500/2 0003 000/2 5002502503 060/3 010/2 810/2 6102 350/2 300/2 100/19 0025060250150海河水利m322023.No.7表2渠道各断面水力计算成果断面序号1234567工况设计流量加大流量设计流量加大流量设计流量加大流量设计流量加大流量设计流量加大流量设计流量加大流量设计流量加大流量流量/（ms-1）6.0007.4406.0007.3675.7007.0525.6006.8925.4006.7085.0006.1293.2003.907底坡0.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 5钢筋混凝土箱涵底宽/m2.52.52.52.52.52.52水深/m1.8332.1741.8332.1571.7602.0831.7362.0451.6872.0011.5891.8631.4271.672糙率0.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.0140.014渠道高度/m2.602.602.602.602.552.352.15渠道超高/m0.430.440.520.560.550.490.48水面线以上空间占断面面积比例/%15.5716.2319.1320.6020.7519.8821.09浆砌石明渠底宽/m2.02.02.02.02.02.01.6水深/m1.842.101.842.091.782.031.762.001.721.971.641.861.441.63糙率0.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150