夹河子水库上游分洪工程——大泉沟引洪渠设计与施工

摘要：夹河子水库上游分洪工程大泉沟引洪渠地处泉水溢出带，地下水丰富，局部段有较厚淤泥质土以及腐殖质土，工程地质条件属地下水位较高的地区，在北方严寒地区具有典型性。本工程采用混凝土网格干砌石的设计解决了这一问题，在此介绍在这种典型地质条件下，渠道设计经验和施工方法措施，以供交流。

关键词：泉水溢出带 混凝土网格干砌石 施工排水 软基处理

1工程概况

夹河子水库是玛河中游的唯一一座拦河水库，座落在石河子市区东北方向约25km处，地理坐标东经86°07′30″，北纬40°17′30″。由于水库的防洪标准达不到设计要求而被列为病险水库，大坝安全类别被评定为三类坝。

扩建水库上游分洪工程—大泉沟引洪渠是夹河子水库除险加固中重要的一项工程措施。引洪渠从引洪闸处引水，洪水期分别向大泉沟水库、蘑菇湖水库分洪，引洪闸到大泉沟水库分水闸6.8km、到蘑菇湖水库17.2km，现状渠道为土渠，梯形断面，设计流量为25m3/s。该渠位于泉水溢出带，渠道常年有泉水溢出，沿途有众多的纳水口，渠道两边均为国家基本农田及居民点。

2大泉沟引洪渠工程地质条件

引洪渠基本上属挖方渠道，坡降1.51~2.27‰。两侧植被发育：①层杂填土，局部存在透境体，厚度0.5~1.2m，工程地质性质较差；②层低液限粘土，0.8~2.9m，分布不连续，硬塑~软可塑，微透水；③层含细粒土砂，厚度0.5~1.4m，以透境体的形式存在，潮湿~饱水，松散~稍密，局部易垮孔，中等透水；④层腐植质，可见厚度0.5~1.9m，未揭穿，有机质含量较高；⑤层淤泥质粘土，可软~软塑，可见厚度0.4~2.0m，未揭穿，在该段的起始和终止端出现。该段地下水位埋深1.7~3.6m。工程地质条件较差。

3设计方案比选

3.1 设计方案比选

为充分利用现有工程，降低工程造价，大泉沟引洪渠在渠线选择上仍按老渠线布置，对现状进行改造扩建，扩大过流能力，达到分洪目的。通过调洪演算及结合工程现状，确定大泉沟引洪渠设计流量为Q设=50 m3/s、Q加=60 m3/s。

由于大泉沟引洪渠沿线处于泉水溢出带，地下水位较高，为地下水补充渠水，不存在渠水渗漏的问题，渠基土质为冻胀性土。因此，大泉沟引洪渠的改造扩建在设计上应主要解决两个问题：一是防冲问题；二是防冻问题。由于渠道两侧均为基本农田保护区，如果采用土渠断面，有些地段将占用大量的基本农田、房屋、渠道和道路。经统计采用土渠方案需占用基本农田145.0亩、林带3.2亩（伐树2070棵）、 房屋650m2，且需增加数处跌水以使渠道降低流速。为减少土方开挖，少占基本农田、房屋和道路，充分利用当地材料，提高渠道的抗冲能力和过流能力，在渠道的衬砌结构型式上主要解决抗冲、排水和防冻胀等问题。因此，设计上主要采用混凝土网格干砌卵石衬砌方案来解决上述问题，该方案基本不占渠两侧耕地，对渠两侧原有设施基本没有影响。

3.2 工程设计

大泉沟引洪渠设计流量为50 m3/s，加大流量为60 m3/s。由于该渠段处于泉水溢出带，地下水位较高，地下水补给渠道，衬砌上采取以防冲为主，因此，采用混凝土网格加干砌卵石衬砌。设计断面为梯弧形断面，圆弧半径400cm，弧中心角33.69°，渠道平底宽8m，边坡1:1.5。断面结构从上往下依次为25cm 厚的干砌卵石、10cm厚的砂砾石垫层、无纺布（400g/m2），为防止细颗粒土堵塞无纺布，在无纺布下铺25cm 的砂砾石垫层。渠道纵坡1/917~1/365，水深1.98~2.56m，流速1.66~2.29m/s。

混凝土网格在渠底横向每4m设1道，纵向方向在渠底中间、弧底、弧顶分别设有5道格栅，渠边坡网格设计成棱形状，有利于干砌卵石的稳定及水流的顺畅。混凝土网格标号C20、F200，宽度30cm，厚度为35cm。网格在渠底中间分成“十”字缝，圆弧段及靠近边坡的渠底分成“丁” 字缝，嵌缝材料选用1cm厚的高压闭孔塑料板。具体设计详见下图。

4 施工

4.1施工条件

大泉沟引洪渠设计为混凝土网格干砌石渠道，总长6.8km。渠线穿越基本农田保护区和居民点，两岸可利用的场地较少，主要可利用的场地有桩号3+000右侧小块荒地，桩号4+080右侧苇把子厂，桩号4+400芦苇湖和桩号2+000、2+650、5+200、6+100、6+700等左右林带间隙。工程沿线对外交通发达，对局部段渠堤进行加宽加固改造可满足施工交通要求。

根据对工程所在地气候条件的分析，每年4~10月份为正常施工期，在其余月份施工须考虑采取冬季施工措施。为满足农业灌溉用水的要求，根据本地各施工然条件，本工程施工期安排在第一年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

工程全线基本处在泉水溢出带上，地下水位埋深1.7~3.6m，流向从渠左向渠右，渠左岸有14处纳水口进入该渠道，汇集至渠道末端流量可达1.7m3/s，且常年较稳定。为保证施工质量，必须进行施工排水。

主要可以考虑的排水方式分为明排和暗排。暗排主要可用的包括井点法排水和管井法排水，明排可用的即开挖明沟截断地下水。在渠道沿线布设井点或一定距离布设管井，除占用耕地外，经济上也是本工程难以承受的。故，渠道施工采用明排的方式排水，渠道分期施工。具体做法是：土方工程开始时，首先沿渠道左坡脚处开挖一条底宽0.5m（沿渠可适当加宽），深0.5m，边坡1：1.5，纵坡与设计渠道纵坡相同的排水沟，将渗出的泉水导入渠尾排出；然后在渠底平段和右弧脚施工完时，用砂砾石将排水沟回填至设计位置后进行下道工序；渠道左侧施工时采用分段集中抽水将渗水抽出汇入田间农渠，可根据各段地下水情况确定预留集水坑间距，待平底和弧脚施工完毕后补砌。抽水期从右弧脚混凝土浇筑完毕至左弧脚混凝土浇筑完毕，其余时间为自流排水。

长渠道施工自流排水应具备强有力的协调和管理能力，施工中应遵循先动上游，下游跟进的施工原则。施工抽水期也应考虑当地耕作制度的要求。

引洪渠桩号4+300~4+500段右渠堤穿过芦苇湖（沼泽）的边缘，原渠堤为填方，坐落在多年淤积和掺有腐败的芦苇根系的淤泥质粘土上，可塑~软塑，可见厚度2.4m，以透境体形式存在，这种基础的地基承载力很低。渠堤本身为杂填土，富含腐殖质，现状施工中运料的大中型机械根本无法通过。

如果此段渠道改线向左侧偏移，将占用基本农田10亩，不可行；在现有渠线基础上全部更换右渠堤填土，经济上和工期上都不太可行。经多方论证和现场试验，考虑到干砌石有一定的适应变形的能力，最终采用了“不换填，适当降低渠堤填筑的标准”的处理方式以节约投资。

根据此段渠堤薄弱，施工场地狭窄的特点，施工独创了“冬季进料，春季施工”的施工方法，即渠堤加宽加高的土石料（选择冻胀量相对较小的土石料）在冬季渠堤基本被冻透的时期，利用冻土增加的承载力直接采用机械运料进场进行铺填碾压，并在初步成型的渠堤顶堆放渠道衬砌材料；春季冻土解冻，自然沉降后开始衬砌施工，主要工作采用人工完成。

老灌区改扩建渠道两侧多为已开垦的耕地、居民区和林带等，给工程施工布置带来很多不便。本工程具有改扩建工程的一般特点。

根据现状，在施工总布置“因地制宜，交通方便，少占耕地，就近布置”的一般原则上增加了针对本工程的“沿线堆料，减小规模，多点分散布置，加强管理，减少干扰”。

施工中，有堆料条件的段首先备料，沿线堆存；堆料场少的渠段采用边用边运的方式。在林带或小块荒地中见缝插针，几平方米或十几平方米均可作为临时帐篷的搭设地点，稍大而靠近渠道伴行路的及可用作拌和站。本工程最终施工基本没有占用耕地，减少了农业生产损失，节约了工程投资。事实也证明加强管理可以减少干扰加快进度。

大泉沟引洪渠于2002年10月开始施工，2003年5月完工。2002年汛期受玛河河道来水限制，引洪渠最大引洪流量为45m3/s，过流时水流平稳，未见有浪花飞溅。通过一年的运行，渠道断面保持规整完好，未发生垮渠的情况，说明该种渠道断面结构形式在我国北方泉水溢出带地区是比较合适的。

该渠结构看似简单，但施工工艺较为复杂，尤其是边坡棱形状混凝土网格的施工支模较为繁琐，是控制是控制施工进度的关键项目。在今后类似的工程中应进一步优化，如将边坡改为顺坡网格，在网格分缝间设置插筋以增强网格完整性等。