张小燕 王子坚

(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院一分院 新疆 石河子 832000)

1 工程概况

新疆维吾尔自治区玛纳斯河（简称玛河）流域位于天山北坡经济开发区核心地带，地处准噶尔盆地南缘，东至塔西河，西至巴音沟河，南至依连哈尔尕山，北至古尔班通古特沙漠。

玛河灌区位于流域中下游的冲洪积扇倾斜平原和更为广阔的冲洪积平原上，灌区总耕地面积357万亩，灌溉面积316万亩，是全国特大型灌区之一。玛河灌区由石河子灌区、玛纳斯县灌区、莫索湾灌区、西岸大渠灌区、新湖灌区五个Ⅰ级灌区组成。

新户坪水库放水干渠位于玛河灌区的玛纳斯县灌区，放水干渠起点自新户坪水库放水闸后玛新公路桥开始，末端接新湖总场干渠渠首——零号配水点，全长5.365km。建于1964年，系未防渗土渠，设计流量25m3/s，加大流量30m3/s，主要供玛纳斯县北五岔镇及新湖总场的一、二、三、四分场及七分场一连的农业灌溉用水，控制总灌溉面积56.77万亩。

放水干渠经过近40年的运行，或冲或淤，渠道变形较大，干渠损坏日趋严重。在淤积段落，水面大幅度加宽，水流速度缓慢，渗漏损失严重，输水损失大，渠道水利用系数低，且抬高了渠道两岸的地下水位。同时，该渠段受上游水库的影响很大，造成沿线地下水位较高，渠床内芦苇茂密丛生。由于水费长期偏低，工程管理单位每年只能拿出少量的资金对放水干渠破坏的地方进行简单的修补，加之近年来灌溉面积加大，灌溉用水集中，渠道超负荷运行，使得部分渠段冲刷严重，且因现渠床土体为细颗粒土，长期受渠水的冲蚀及跌水处的冲刷、淘空作用，渠床和水工建筑物已经产生严重的破坏，部分地段已经危及玛新公路，势必影响农业灌溉和交通安全，所以有必要对渠线采取防冲处理。

工程区极端最高气温39℃，极端最低气温-33.8℃。

2 新户坪水库放水干渠工程地质条件

放水干渠渠线处于呼克公路的南北两侧，地形较为平坦，地势南高北低，坡降约为1.78‰。现状渠道基本为挖方段，渠线两侧多为耕地。渠线土为低液限粘土，埋深0～2.0m，揭露最大厚度5.0m，土黄、棕红色，稍湿～饱和，硬塑～软塑状态，该层土体天然密度（ρ）为1.87g/cm3～2.01g/cm3，含水量（ω）为22.4%～28.8%，平均孔隙比（e）为0.65，比重（Gs）为2.71～2.73，液限（wL）为26.6%～55.5%，塑限（wp）为16.2%～25.1%，压缩模量(Es)为3.02MPa～13.53MPa，压缩系数为0.12MPa-1～0.6MPa-1，属中等～高压缩性；渗透系数（k）为1.86×10-6cm/s，微透水；粘聚力（C）为14 kPa～26kPa，摩擦角（φ）为8.7°～28.1°。轻型动力触探击数（N10）15击～50击（平均值为21击），承载力标准值（fk）为145kPa。

渠线地下水位在勘察期间埋深0.8m～2.7m（自渠顶算起），地下水水位年变幅为1m左右，在放水季节为渠水补给地下水，在停水期间为渠道排泄地下水。渠线地下水位线以上硬塑状态下的低液限粘土层的渗透系数(K)为8.3×10-5cm/s～1.53×10-6cm/s，具有弱透水性；地下水位线以下软塑状态下的低液限粘土层的渗透系数(K)为9.55×10-7cm/s～3.77×10-6cm/s，具微透水性。

3 新户坪水库放水干渠工程等别和设计标准

新户坪水库放水干渠设计流量25m3/s，加大流量30m3/s，根据《渠道防渗工程技术规范》（SL18-2004），渠道规模为大型，建筑物级别为3级，渠道及渠系建筑物按3级设计。

4 新户坪水库放水干渠横断面设计

4.1 横断面比选

根据地质描述，该段渠道地下水位较高，基本高出渠底，而渠道附近没有修建排水渠的条件，因此渠底不宜防渗，只作防冲设计，渠底采用干砌卵石防冲，渠道边坡根据规范采用1∶1.75，干砌卵石糙率根据规范取0.03。

设计采用抗冻胀效果较好的弧形坡脚梯形断面进行设计，选取宽浅式弧形坡脚形断面和窄深式弧形坡脚形断面进行比选。

方案一：宽浅式弧形坡脚形断面

底宽取3 m，和现状渠道底宽相符，渠道内坡为1∶1.75，外坡为1∶1.5，弧形半径为5.0m，圆心角为59.49°，矢高为66.0cm。

方案二：窄深式弧形坡脚形断面

底宽取1.5 m，渠道内坡为1∶1.75，外坡为1∶1.5，弧形半径为5.0 m，圆心角为59.49°，矢高为66.0cm。

方案比选：方案一投资为521.49万元，方案二投资为576.74万元，另外，宽浅式断面与现状比较接近，工程区位于寒冷地区，渠基土具有冻胀性，并且渠道地下水埋深较浅，采用宽浅式断面可减少渠道冻胀量。因此，考虑土方最小、投资较省的原则推荐宽浅式弧形坡脚形断面。

4.2 渠道衬砌形式设计

根据比选得出的推荐断面，进一步进行渠道衬砌形式比选，由于该渠段地下水埋深较浅，为地下水补给渠水，采用现浇混凝土（打排水孔）、干砌石铺砌方案进行比选。

方案一：现浇混凝土（打排水孔）铺砌

渠底采用12cm厚现浇C20、F200混凝土，排水孔采用φ50mm PVC管，纵横向间距1 m布置，此方案直接费为97.92万元。

方案二：干砌石铺砌

渠底采用25cm厚干砌石铺砌，此方案直接费为56.93万元。

经比较，方案二较方案一投资省，且维修方便、美观、耐久性好。因此，本工程采用渠底25cm厚干砌石铺砌。

针对边坡混凝土板采用现浇混凝土板、预制混凝土板、现浇混凝土板与预制混凝土板结合的三种方案进行比选。

方案一：现浇混凝土板衬砌

边坡护面为10cm厚，现浇C20、F200混凝土，渠深2.8 m，此方案直接费为114.89万元。

方案二：预制混凝土板衬砌

边坡护面为6cm厚，预制C20、F200混凝土，渠深2.8 m，此方案直接费为89.23万元。

方案三：现浇混凝土板与预制混凝土板结合衬砌

渠道边坡超高以下护面为10cm厚现浇C20、F200混凝土，超高部分边坡采用6cm厚C20、F200预制砼板铺砌,此方案直接费为81.36万元。

综合比较，方案三较方案一、方案二投资少，且合理利用工期，整体性、耐久性好。因此，本工程渠道边坡超高以下护面为10cm厚现浇C20、F200混凝土，超高部分边坡采用6cm厚C20、F200预制砼板铺砌。

4.3 抗冻胀设计

根据地质勘察，工作区均为季节性冻土，根据渠线土层颗分资料，小于0.075mm粒径含量占21.9%～81.3%，大于10%，其渠基、渠底土层均为冻胀性土，需采取防冻措施。抗冻胀措施可以采用当地丰富的非冻胀性的砂砾石材料换填和笨板保温层来解决渠道的冻胀问题。但是由于新户坪水库放水干渠地下水位埋深较浅，水的浮力大，不宜采用聚苯乙烯泡沫塑料板作为隔热材料，因此，设计采用换填砂砾石垫层方案。

参考已建工程运行经验，如莫合渠，设计流量26m3/s，砂砾石垫层设计为30cm，运行15年～16年，状况良好，无鼓起、断裂现象发生，另有四浮渠、凉州户支渠同样。因此，新户坪水库放水干渠渠底、边坡均采用35cm砂砾石垫层填筑，可以起到很好的抗冻胀效果。

4.4 横断面设计成果

渠道断面形式根据地质勘测成果、工程的管理经验和运行实际情况，结构形式选用水的流态好，而且抗冻胀性好的弧形坡角梯形断面，衬砌材料根据工程的地质资料和技术要求，且砂石料及卵石运距近，采用混凝土和卵石衬砌。因渠道沿线地下水位很高，冻胀严重，因此渠底不考虑防渗，只考虑防冲。渠道设计流量25m3/s，加大流量30m3/s，采用弧形坡角梯形断面，弧形半径为5.0 m，圆心角为59.49°，矢高为66.0cm，边坡系数m=1.75，渠深2.8 m。渠底及弧形坡角采用砼网格+干砌卵石填充，干砌石厚25cm，混凝土网格断面尺寸为30cm×25cm，渠道纵向布置4道网格梁，横向网格间距为15 m，网格梁厚度与干砌石厚度相同。渠底换填35cm厚的砂砾石垫层。由于渠道流速大，地下水位高，为防止将渠底细颗粒被带走，在渠底干砌石下，砂砾石垫层之间设无纺布，规格为400 g/m2。渠道边坡超高以下护面为10cm厚，现浇C20、F200混凝土，超高部分边坡采用6cm厚C20、F200预制砼板铺砌，板下铺设35cm砂砾石垫层。渠道边坡及弧底框格间、弧脚横向框格与平底边坡现浇板间、现浇板与预制板间、混凝土框格间设置纵缝，缝宽2cm，高压闭孔塑料板填缝，沥青砂浆封口。框格横向3 m分一道缝，缝宽2cm，高压闭孔塑料板填缝，沥青砂浆封口；渠道现浇混凝土边坡板板每3 m设一道伸缩缝，预制混凝土边坡板每6 m设一道伸缩缝，缝宽2cm，沥青砂浆封口，高压闭孔塑料板填缝。

5 结语

新户坪水库放水干渠全年供水，地下水位高、防冲防淤、且冬季抗冻胀因素是设计考虑的重点。在经过近两年的运行后，新户坪水库放水干渠运行状况良好，特别是冬季运行正常。因此，渠道断面形式设计因考虑根据地质、工程管理和运行实际情况，因地制宜。