史虹艷

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

禹門口提水東擴工程干線起點位于新絳縣禹門口提水工程二級干渠光馬渡槽末端，終點位于距翼城縣城6.0 km的西梁水庫，其間分別設置了向襄汾原井灌區(qū)供水支線、新絳供水提水支線、侯馬和曲沃分水口、汾河生態(tài)補水輸水支線、侯馬北莊灌區(qū)分水口、澮河灌區(qū)供水支線等。在禹門口提水工程二級干渠樁號Q44+324處設置了向稷山汾南灌區(qū)供水支線。工程沿線共布置調(diào)蓄水庫2座，提水泵站4座，主管線全長48.8 km，支管線總長20.0 km，輸水干渠總長11.1 km，支渠總長34.3 km。工程分兩期實施。

2 輸水渠道設計

2.1 渠道糙率及縱向比降確定

由于所經(jīng)地段為濕陷性黃土地區(qū)，為減少滲流損失，渠道內(nèi)側(cè)邊坡、渠底均采用土工膜防滲處理后用C15預制混凝土面板護面。根據(jù)《渠道防滲工程技術規(guī)范》要求，結合前段工程經(jīng)驗，渠道糙率取0.016。二級干渠設計縱坡采用原設計縱坡。

2.2 光馬渡槽末端—三泉支口渠道加高改造設計

此段禹門口二級干渠為3級建筑物，改造前后渠道設計流量分別為6.18 m3/s和6.5 m3/s，設計在原渠道縱坡、底寬不變的前提下進行加高改造。

2.2.1 渠道安全超高確定

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》規(guī)定，渠道岸頂超高應按土石壩設計要求經(jīng)論證確定。按照《碾壓土石壩設計規(guī)范》，壩頂在水庫靜水位以上的超高計算公式：

式中：y——壩頂超高，m；

R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；

e——最大風壅水面高度，m；

A——安全加高，m。

根據(jù)工程設計水位計算取值，計算結果見表1。

表1 壩頂高程計算成果表

若采用《灌溉與排水工程設計規(guī)范》規(guī)定，按4，5級渠道建筑物岸頂超高公式：

式中：Fb——渠道岸頂超高，m；

hb——渠道通過加大流量時的水深，m。

若渠道通過加大流量時的水深取1.94 m，則計算得渠道安全超高為0.685 m?？紤]到與前后渠道的銜接和工程造價問題，建議實際加高值為0.7 m。

2.2.2 渠道邊坡

渠道為改造工程，挖方及填方段沿用原有渠道邊坡系數(shù)，即填方渠道外邊坡系數(shù)1∶1，挖方渠道渠堤以上開挖邊坡1∶0.7；渠道內(nèi)邊坡系數(shù)均為1∶1.25。

2.2.3 渠道頂寬確定

參照《灌溉與排水工程設計規(guī)范》規(guī)定，渠道岸頂兼作交通道路時，其寬度應滿足車輛通行要求。改造設計按照原渠道邊坡不動加高0.5 m，若在原渠頂上直接加高，改造后的填方段一側(cè)渠頂寬度最小為0.875 m，另一側(cè)寬度最小為3.875 m，小于規(guī)范要求，因此設計參照《灌溉與排水工程設計規(guī)范》對岸頂進行加高培厚處理，以滿足規(guī)范要求。

2.3 三泉支口—三泉水庫渠道過水斷面設計

渠道過水斷面采用梯形斷面，渠道水力計算采用明渠均勻流公式及水力最佳斷面（窄深式）的寬深比公式等來確定干渠各斷面水力要素，計算結果見表2。

表2 干渠分段水力要素

2.4 渠道不沖不淤流速驗算

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》，襯砌渠道設計平均流速宜小于允許不沖流速。二級干渠渠道的允許不沖流速按《灌溉與排水工程設計規(guī)范》取5 m/s；渠道設計最大流速滿足不沖流速要求。

2.5 渠道標準斷面設計

輸水渠道橫斷面為梯形，采用C15混凝土預制板護面，板厚7 cm。預制板下部鋪設1∶5灰砂墊層，厚 3 cm。墊層下為一布一膜的土工膜，膜厚0.22 mm，布重100 g/m2，防滲膜采用橫向搭接，搭接寬度10 cm，并要求上游防滲膜壓蓋下游防滲膜。

由于地基土為濕陷性黃土，根據(jù)已建段二級干渠經(jīng)驗，進行夯實處理。渠堤頂部采用C15預制混凝土塊壓頂，寬30 cm、厚12 cm。填方渠道外邊坡系數(shù)為1∶1。挖方渠道渠堤以上開挖邊坡1∶0.7，渠堤以上開挖高度超過2 m時，在坡腳設M7.5漿砌石排水溝，排水溝采用梯形斷面，底寬 40 cm，深 30 cm，邊坡 1∶0.5，襯砌厚度30 cm。渠堤頂寬右堤5 m泥結石路面作為行車巡渠路，左堤2 m作為人行道。

2.6 渠道抗凍脹驗算

輸水渠道走向大致為東西走向，渠床土質(zhì)為低液限粉土、黏性土類。該段渠線地下水埋藏較深，沿線渠床均不受地下水的影響。由《水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范》可知，灌區(qū)標準凍土深27cm，最大凍土深61 cm，屬季節(jié)性凍土。渠道抗凍脹設計根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范》相關公式進行計算。

經(jīng)計算可知，渠道設計凍深為：陰面47 cm，底面49 cm，陽面47 cm。土的凍脹量為：陰面0.52 cm，底面0.56 cm，陽面0.52 cm。

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范》規(guī)定，選取渠道橫斷面上的最大凍脹量為該襯砌渠道上最大凍脹位移值。即渠道為南北走向時，底面中部的凍脹量為最大位移值，0.56 cm。根據(jù)規(guī)范，梯形斷面混凝土襯砌渠道允許凍脹位移值為10 mm；整體式U型渠道允許凍脹位移值為30 mm。渠道抗凍脹滿足規(guī)范要求，不需要采取抗凍脹工程措施。

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范》和《渠道防滲工程技術規(guī)范》的要求，對于寒冷地區(qū)冬季過水渠道，混凝土抗凍等級要求達到F150，抗?jié)B等級達到W6。

3 結語

禹門口東擴工程為山西省大型引調(diào)水工程，針對輸水線路規(guī)模大、線路長、內(nèi)容多的特點，輸水渠道的設計在整個工程設計中起到了至關重要的作用，渠道建筑物的合理設計縮短了施工工期、減少了工程投資，運行管理更加便利，取得了很好的效果。