谢 军

(新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州呼图壁河流域管理处，新疆 呼图壁 831200)

1 工程概况

呼图壁河灌区位于该河中下游处，地处冲洪积扇平原，灌区人口总数为20.5万人，总面积70 293.3 hm2，年实际灌溉用水量近3.6亿m3。呼图壁河灌区主要分为四个一级灌区，分别是阿魏滩灌区、独山子灌区、青年干渠灌区和大、小海子水库灌区[1]。

本次改建渠道为青年干渠桩号10+976～13+500，共计2.524 km，此段渠道全断面均为干砌卵石灌浆防渗，因渠道纵坡较大，衬砌中多处存在被淘蚀现象，经过多年运行，由于冻融、破损等原因，导致渠道高低不平，直接影响到下游灌溉。

2 呼图壁河青年干渠工程设计

2.1 工程设计规模

2.1.1 设计水平年和设计保证率

本工程的现状水平年为2014年，而设计水平年为2017年，其中灌溉设计保证率为75%。

2.1.2 复核干渠引水规模

青年干渠10+976～13+500段渠道为青年干渠的首段，现状可控制灌溉面积为63 266.7 hm2，设计水平年总灌溉面积为65 686.7 hm2。呼图壁县水利部门统计资料表明，该灌区干、支、斗、农四个等级渠道的现状年利用率分别为0.88、0.89、0.94、0.96，渠系水利用系数为0.74。灌区渠系水利用系数见表1。

表1 青年渠首灌区渠系水利用系数

青年干渠设计引水流量采用续灌渠道计算公式(1)确定：

Q=Aa/η

(1)

式中：Q为灌溉设计引水流量，m3/s；A为设计灌溉面积，hm2；a为设计灌水率；η为灌溉水利用系数。

已知该灌区的灌溉水利用系数为0.59，设计灌水率为0.273，则可利用公式计算出青年干渠设计引水流量Q为45.0 m3/s，加大后值为50.0 m3/s。根据渠道防渗工程相关技术规范规定，此段渠道工程属大型规模，属于Ⅲ等工程。

2.2 渠道设计方案

改建青年干渠渠道二闸以下2.524 km，桩号10+976～13+500。

2.2.1 渠线选择

青年干渠经过多年运行，虽然防渗材料严重破损，但现有渠线基础处于稳定状态。本次工程改造方案经过现场踏勘和讨论，考虑青年干渠当前运行状况，干渠改造渠线仍沿原渠线进行，只针对渠道防渗材料进行改造。

2.2.2 渠道纵断面设计

结合青年干渠实际纵坡拟定适宜的衬砌方式，对本次改造青年干渠纵坡进行部分调整，同时达到渠道衬砌材料不冲不淤的要求。桩号10+976～13+500段渠道设计纵坡为0.012～0.013。

2.2.3 渠道横断面设计

(1)横断面型式。根据渠道沿线工程地质情况，渠道沿线均坐落在河床二级阶地上，渠堤及渠底下均为砂卵石层，渠道的内外边坡均为砂卵石土衬砌。为了减少旧渠道的拆除方量，内外边坡系数确定与原渠道相同，均为1∶1.5。

原干渠横断面为干砌卵石衬砌，梯形断面，由于渠道沿线可利用卵石材料较少，为缩短施工工期，同时降低渠道造价，本次设计横断面仍采用梯形断面。

(2)渠道横断面衬砌材料方案选择。结合渠道纵坡和地质情况，以及对相关技术指标的要求，对渠道过水断面提出以下要求：①由于渠道纵坡较大，上游可能进入渠道的泥沙、卵石较多，因此要求渠道过水断面能够抗冲、耐磨、抗砸及减缓水流流速。为了减小流速，增大糙率，故宜采用浆砌石或坐浆干砌卵石灌浆衬砌，且应为宽浅式断面。②由于老渠床为干砌卵石衬砌，运行多年老化损坏严重，为了减少渠道挖填方量，本次设计要求在不影响设计渠底线的情况下全部拆除原渠道衬砌，维持原渠道纵坡及渠底宽度不变，只全面更新渠道衬砌，局部加高渠堤，利用老渠床作为新渠道的基础，使渠道更加稳定。③由于呼图壁河灌区近几年改造工程较多，卵石资源越来越匮乏，为确保施工工期，本次渠道改造所用底板的灌浆方式为坐浆干砌卵石，边坡使用混凝土板护砌。

(3)渠道横断面设计。设计流量30 m3/s，加大流量33 m3/s。渠底宽度7.0 m，设计纵坡0.013，设计内边坡1.0∶1.5，加大水深0.6～1.0 m，渠深2.0 m，渠道横断面详细水力计算要素如表2所示。

表2 呼图壁河青年干渠改造段渠道水力计算要素

渠底以上边坡30 cm高度采用25 cm厚的C20F200W6细石混凝土浆砌石，其余边坡采用C20F200W6混凝土板衬砌，衬砌厚度12 cm，混凝土板底部设20 cm厚砂砾石垫层。渠道顶部采用浇混凝土封顶板，顶板宽度30 cm，厚度6 cm，每间隔2.5 m处设置一条伸缩缝，缝宽为2 cm，用水泥砂浆填缝。

卵石要求质地坚硬，未风化。干砌卵石要求采用鹅卵形，应保证大头朝下的摆放原则，并采用细石混凝土原浆灌缝[2]。

2.2.4 渠道衬砌分缝设计

为防止渠道在运行过程中沉降变形，渠道衬砌部分需设置分缝材料[3]。渠道用干砌卵石灌浆，每间隔10.0 m设置一条伸缩缝，其宽度为 2 cm，并使用高压闭孔板为其内部分缝。

3 施工技术

3.1 土方开挖

因本段渠道只更新衬砌，故渠道所需挖填方均较小。渠道按设计线开挖，挖出的土堆放于渠道两侧，以备填方使用。

土方开挖需按项目工程技术部绘制的开挖图进行现场测量放线。在开挖过程中，施工单位需提前熟知相关施工测量规范的规定，再开展施工测量工作，并应按照设计图纸进行施工，同时完成记录及资料编辑等工作[4]。

工程开挖前，施工单位必须出具施工计划及相关技术措施，并由当地建设部门同意。针对已开挖的边坡，需要进行全方面地检查，并待验收合格后才能对其相邻部位开挖[5]。渠槽开挖后应预留30 cm厚土层，待施工时人工予以清除，严禁超挖，超挖部分最好用戈壁料碾压填实。

工程出渣运输应依据具体设计要求进行，主要包括以下几点：

(1)场地应具备足够的容量，施工流程应尽量避免变动。除经论证合理后的调整，及对弃渣有需要者外，应避免开展二次挖运工作。

(2)不占或少占耕地。

(3)不得占用其他工程场地或防碍其他工程施工。

(4)不得堵塞河道。

(5)出渣运输及堆渣不得造成环境污染。

3.2 土方及垫层回填

3.2.1 土方回填

本工程土方回填主要分布在渠堤填筑、建筑物开挖工作面回填等项目中。

(1)渠堤填筑要求土料压实度≥0.95，干密度为1.68 g/cm3，适宜含水率为15.1%，填筑土块粒径≤5 cm，有机物含量<5%。施工时需分层碾压夯实，分层厚度取30 cm。

(2)对于填方比较大的渠段，碾压施工机械采用大中型压路机。

(3)对于填方段渠道，宜好分段筑坝浸泡，等待沉陷后再进行下道工序。

3.2.2 防冻垫层回填

本工程中回填材料为天然级配的戈壁料，使用该料回填有以下几点要求：回填时应分层碾压，分层厚度应根据机械、土料参数、碾压遍数、含水量等指标通过试验确定，通常选用分层厚度约为20 cm。应注意在填筑时，切勿出现粗料集中架空的现象[6]。设计指标需经现场碾压试验确定相关参数。砂砾料碾压后清除表面尖锐石块，以避免衬砌有效厚度的减少[7]。如砂砾料含水量不足，可洒水浸泡，洒水应在料堆上进行。砂砾料填筑时不得有明显颗粒分离现象。

3.3 混凝土浇筑

本工程混凝土主要用于渠道衬砌的浇筑。混凝土拌合工艺应按相关技术规范要求操作，可利用移动式拌和机进行。混凝土骨料一般通过自卸汽车运输至拌和机中，再将拌和好的成品混凝土运送到施工用料地点。在进行混凝土浇筑时，混凝土坍落度必须经过试验后方可确定[8]。此外，与嵌缝填料接触的混凝土应保证其表面平整、洁净和干燥，并严格按照技术规范进行操作，以保证施工安全。

3.4 浆砌石施工

旧渠道拆除干砌卵石后挑选出尺寸及强度符合要求的卵石，并除浆洗净堆放在渠边空地上以备利用，其余则立即运走。按设计渠道断面及渠底高程填筑渠堤，人工修整边坡，土方完成经检测合格，即可按干砌卵石或浆砌石衬砌工序施工。

3.4.1 砂、石料制备

浆砌石所用的砂料经过筛分，用水冲洗，使其含泥量<3%，并保证砂料的级配、细度模数符合相关规范要求，再用机动车辆运输到施工现场堆放备用。

3.4.2 配合比设计

根据设计文件要求，对于配合比的设计，须委托专业公司进行，最终选择合理的配合比。

3.4.3 砂浆的拌和与运输

砂浆配料按重量比法称量，需保证骨料偏差不超过3%，水泥及水偏差不超过2%，且在具体施工中按事先提供的配合比完成工艺，不得随意更改参数，砂料拌和采用砂浆拌和机拌和(2台)，小型机动车运输。

3.4.4 浆砌石砌筑与养护

(1)在浆砌石砌筑之前，应先将接触面用水洒湿，再采用坐浆法进行砌筑，若建基面是岩石，则需用水冲洗基面，清除上面的杂物，以便更好地完成后续铺砂浆和砌石的工序。

(2)在已砌筑好的浆砌石面上，严禁堆放杂物和施工用具，浆砌石抗压强度达到2.5 MPa前，禁止扰动，如有通车要求时，浆砌石面应达到相应强度，且做好防护措施。

(3)浆砌石养护应在砌筑完成后12 h内进行，一般养护时间为14 d。

4 结 语

渠道是灌区建设中的重要组成部分，虽然整体结构相对简单，但因其距离长并影响到整个灌溉系统的正常运行，在准备设计和施工时，需特别注意工程建设的合理性。呼图壁河青年干渠经过改造后，渠道流量及质量均达到设计与施工要求，为灌区的正常运行奠定了基础，保障了当地居民的用水需求和经济收入，对发挥灌区经济和社会效益起到重要作用。