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夾河子水庫上游分洪工程——大泉溝引洪渠設(shè)計與施工
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關(guān) 鍵 詞 | 水庫,工程 |
- 【資料簡介】
- 摘要:夾河子水庫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)計解決了這一問題,在此介紹在這種典型地質(zhì)條件下,渠道設(shè)計經(jīng)驗和施工方法措施,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
夾河子水庫是瑪河中游的*一座攔河水庫,座落在石河子市區(qū)東北方向約25km處,地理坐標東經(jīng)86°07′30″,北緯40°17′30″。由于水庫的防洪標準達不到設(shè)計要求而被列為病險水庫,大壩安全類別被評定為三類壩。
擴建水庫上游分洪工程—大泉溝引洪渠是夾河子水庫除險加固中重要的一項工程措施。引洪渠從引洪閘處引水,洪水期分別向大泉溝水庫、蘑菇湖水庫分洪,引洪閘到大泉溝水庫分水閘6.8km、到蘑菇湖水庫17.2km,現(xiàn)狀渠道為土渠,梯形斷面,設(shè)計流量為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,渠道兩邊均為國家基本農(nóng)田及居民點。
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),可見厚度0.5~1.9m,未揭穿,有機質(zhì)含量較高;⑤層淤泥質(zhì)粘土,可軟~軟塑,可見厚度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)計方案比選
3.1設(shè)計方案比選
為充分利用現(xiàn)有工程,降低工程造價,大泉溝引洪渠在渠線選擇上仍按老渠線布置,對現(xiàn)狀進行改造擴建,擴大過流能力,達到分洪目的。通過調(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,為地下水補充渠水,不存在渠水滲漏的問題,渠基土質(zhì)為凍脹性土。因此,大泉溝引洪渠的改造擴建在設(shè)計上應(yīng)主要解決兩個問題:一是防沖問題;二是防凍問題。由于渠道兩側(cè)均為基本農(nóng)田保護區(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)計采用土渠方案需占用基本農(nóng)田145.0畝、林帶3.2畝(伐樹2070棵)、房屋6502,且需增加數(shù)處跌水以使渠道降低流速。為減少土方開挖,少占基本農(nóng)田、房屋和道路,充分利用當?shù)夭牧希岣咔赖目箾_能力和過流能力,在渠道的襯砌結(jié)構(gòu)型式上主要解決抗沖、排水和防凍脹等問題。因此,設(shè)計上主要采用混凝土網(wǎng)格干砌卵石襯砌方案來解決上述問題,該方案基本不占渠兩側(cè)耕地,對渠兩側(cè)原有設(shè)施基本沒有影響。
3.2工程設(shè)計
大泉溝引洪渠設(shè)計流量為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、無紡布(400g/m2),為防止細顆粒土堵塞無紡布,在無紡布下鋪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)計成棱形狀,有利于干砌卵石的穩(wěn)定及水流的順暢?;炷辆W(wǎng)格標號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)計詳見下圖。
4施工
4.1施工條件
大泉溝引洪渠設(shè)計為混凝土網(wǎng)格干砌石渠道,總長6.8km。渠線穿越基本農(nóng)田保護區(qū)和居民點,兩岸可利用的場地較少,主要可利用的場地有樁號3000右側(cè)小塊荒地,樁號4080右側(cè)葦把子廠,樁號4400蘆葦湖和樁號2000、2650、5200、6100、6700等左右林帶間隙。工程沿線對外交通發(fā)達,對局部段渠堤進行加寬加固改造可滿足施工交通要求。
根據(jù)對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處納水口進入該渠道,匯集至渠道末端流量可達1.7m3/s,且常年較穩(wěn)定。為保證施工質(zhì)量,必須進行施工排水。
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法排水和管井法排水,明排可用的即開挖明溝截斷地下水。在渠道沿線布設(shè)井點或一定距離布設(shè)管井,除占用耕地外,經(jīng)濟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:土方工程開始時,首先沿渠道左坡腳處開挖一條底寬0.5m(沿渠可適當加寬),深0.5m,邊坡1:1.5,縱坡與設(shè)計渠道縱坡相同的排水溝,將滲出的泉水導入渠尾排出;然后在渠底平段和右弧腳施工完時,用砂礫石將排水溝回填至設(shè)計位置后進行下道工序;渠道左側(cè)施工時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,其余時間為自流排水。
長渠道施工自流排水應(yīng)具備強有力的協(xié)調(diào)和管理能力,施工中應(yīng)遵循先動上游,下游跟進的施工原則。施工抽水期也應(yīng)考慮當?shù)馗髦贫鹊囊蟆?br />
2)特殊地段施工
引洪渠樁號4300~4500段右渠堤穿過蘆葦湖(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)狀施工中運料的大中型機械根本無法通過。
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)濟上和工期上都不太可行。經(jīng)多方論證和現(xiàn)場試驗,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,適當降低渠堤填筑的標準”的處理方式以節(jié)約投資。
根據(jù)此段渠堤薄弱,施工場地狹窄的特點,施工了“冬季進料,春季施工”的施工方法,即渠堤加寬加高的土石料(選擇凍脹量相對較小的土石料)在冬季渠堤基本被凍透的時期,利用凍土增加的承載力直接采用機械運料進場進行鋪填碾壓,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)改擴建渠道兩側(cè)多為已開墾的耕地、居民區(qū)和林帶等,給工程施工布置帶來很多不便。本工程具有改擴建工程的一般特點。
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本工程的“沿線堆料,減小規(guī)模,多點分散布置,加強管理,減少干擾”。
施工中,有堆料條件的段首先備料,沿線堆存;堆料場少的渠段采用邊用邊運的方式。在林帶或小塊荒地中見縫插針,幾平方米或十幾平方米均可作為臨時帳篷的搭設(shè)地點,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。事實也證明加強管理可以減少干擾加快進度。
5建議
大泉溝引洪渠于2002年10月開始施工,2003年5月完工。2002年汛期受瑪河河道來水限制,引洪渠zui大引洪流量為45m3/s,過流時水流平穩(wěn),未見有浪花飛濺。通過一年的運行,渠道斷面保持規(guī)整完好,未發(fā)生垮渠的情況,說明該種渠道斷面結(jié)構(gòu)形式在我國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度的關(guān)鍵項目。在今后類似的工程中應(yīng)進一步優(yōu)化,如將邊坡改為順坡網(wǎng)格,在網(wǎng)格分縫間設(shè)置插筋以增強網(wǎng)格完整性等。
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