北疆某干渠预制排洪涵设计

童 亮

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐，830000）

1 工程概况

北疆某干渠沿线发育有较多冲洪沟，其中包括常年流水的洪沟。冲洪沟流向多为自北向南走向，基本上与渠线正交。洪沟的坡降较大，比降多在5‰～100‰之间。洪沟所处地降水较丰富，遇较强暴雨时，这些洪沟可产生一定的洪水，危及干渠安全。根据防洪系统设计原则及山洪沟洪水计算成果，经导洪沟汇洪后沿渠线共设47座排洪建筑物，其中35座排洪涵洞、7座排洪渡槽、5座纳洪口，沿渠线从上游至下游依次布置。沿途各沟设计洪峰流量在0.1～230.19 m3/s。根据工程地质勘察报告，干渠沿线地层岩性主要分布有砂砾岩、砂岩、泥岩、黄土、低液限粉土、低液限粘土、沙漠粉细砂及卵石混合土等。对过洪量较小，且适宜设置管涵处，为加快施工，适应软弱基础时共设10座排洪管涵，采用预制管涵形式穿越干渠。

桩号22+819、29+163处上部分布第四系上更新统风积黄土，低液限粉土和低液限粘土，最大厚度13 m（0～1 m深的黄土为湿陷性黄土），其下冲积卵石混合土层，厚度10 m。

桩号67+202、72+083、72+864、76+089处地层岩性为第四系上更新统冲洪积低液限粉土夹低液限粘土，厚度10～20 m，下伏侏罗系砂岩、砂砾岩夹泥岩，砂岩胶结差，上部10 m已风化成散体。

桩号81+824、83+019、86+489、90+728处岩性为第四系上更新统冲洪积低液限粉土、低液限粘土、黄土及侏罗系中～上统泥岩、砂岩及煤层，以砂岩为主。

2 排洪涵水力学

预制排洪管涵布置在填方渠道下，按无压流进行设计，考虑明渠沿线自然排洪沟底坡及排洪涵洞进出口的水流连接。排洪涵洞结构布置由进口、洞身和出口组成。利用原有的山洪沟布设退水尾渠，排洪建筑物上、下游都进行了防护设计，以保证干渠不受洪水冲刷及淘蚀。根据当地对接及水文专业洪水复核成果，洪沟30年一遇洪水流量为为1～12 m3/s。管内的水流为无压流。

根据地形资料及基本设计方案结合考虑，经统计，涵洞洞身长度均大于65 m，先确定长短洞，长短洞分类判别公式为：

式中：H为进口水深。

经计算各涵洞均为长洞，涵洞的进口水深，用宽顶堰流公式确定，洞内水深用明渠均匀流公式进行计算。

洞内正常水深计算公式：

式中：Q——过流流量，m3/s；

ω——过水断面面积，m2；

R——水力半径；

i——渠道纵坡；

C——谢才系数。

n——粗糙系数。

水力学计算结果，见无压管涵水力学要素表1。由表1可看出，洞内水深均小于洞径的3/4，满足净空要求，符合规范要求。

3 排洪涵及防渗设计

进口导洪引渠采用C20 F200 W6现浇混凝土衬砌，混凝土板下为一布一膜（膜厚0.4 mm)的防渗层，膜下布设M 10水泥砂浆垫层，厚30 mm。进口引渠伸缩缝间距6 m设一道，缝宽20 mm，缝间苯板(中密)，迎水表面30 mm用改性沥青填缝，混凝土板间缝分缝尺寸不大于3 m×3 m，采用M 10砂浆勾缝。大多洪沟纵坡起伏较大，在进口段裹头上游侧设消能齿墙及布置铅丝石笼，宽度5m，并在铅丝石笼底部铺设一层无纺布进行防渗，铅丝石笼底板厚度为0.8 m，边坡及护岸采用0.4 m。

涵管段除桩号86+489排洪涵为双管以外，均为单管，管长70～140 m，纵坡1/13～1/500。考虑有检修清淤要求，预制管管径统一取DN 1800，2 m/节。涵管接缝位置采用双重防渗处理。涵管外表面接缝处粘贴一布一膜（0.4 mm厚），缝两侧各200 mm，缝内折皱5 cm，接缝位置采用500 cm宽的C 20混凝土镇墩防护，管顶以上20 cm；迎水面用双组份聚硫密封膏嵌缝3 cm，缝内采用沥青麻丝填缝。管座采用C20 F200 W6现浇混凝土浇筑，管底以下50 cm，与管身弧度密切贴合。涵管管座每6 m设一道沉降缝，缝内填充苯板，且与涵管接缝对齐。通过对地基承载力计算，对地基承载力不满足要求的涵底进行砂砾石换填处理，厚度为30～300 cm。

出口段由矩形消能段和梯形连接渠组成。消力池及泄槽段采用C25 F200 W6现浇钢筋混凝土浇筑，厚50 cm。连接渠采用采用C20 F200 W6现浇混凝土衬砌，混凝土板下为一布一膜（膜厚0.4 mm)的防渗层，膜下部设一道M 10水泥砂浆垫层，厚30 mm。末端设置60 cm厚铅丝石笼，其下铺设一层无纺布。

表1 无压管涵水力学要素表

4 施工要点

一是基础严格按照设计高程开挖，对基础面需碾压密实，对于不能满足承载力要求的基础，须按照设计要求进行相关处理。二是浇筑基础混凝土时，应注意预留管壁厚度及安放管节座浆，浇筑后及时进行养护。涵管安装完毕后，浇筑第二层混凝土时，重点控制新旧混凝土的结合及管基混凝土与管壁的结合，管座尺寸按设计图纸施工。三是管涵委托具有合格资质的厂家按图纸要求定制生产，检验合格后运至工地安装，准确计算管涵全长与管节的配置以及端墙的准确位置，从下游开始安装，使接头面向上游安装，每节涵管紧密想贴于已铺好的基座上，保证涵管受力均匀。四是管道接缝处，严格按照设计要求处理，保证后期运行时不发生涵管漏水的安全隐患。涵管管座沉降缝间距和填缝要求均需达到设计要求。五是管道按照完成后，管道周围的回填，应控制回填土的级配及最大粒径，管道周边的压实，须达到设计要求的压实指标，压实不宜使用大型机械。

5 结论

第一，由于干渠沿线部分洪沟沟宽较窄，洪水期施工导流困难，采用预制管涵替代现浇箱涵有效缩短施工工期。

第二，通过对涵管接缝位置的双重防渗处理，解决了预制管涵渗漏问题，从而保证了填方干渠渠基稳定。

第三，对承载力不满足要求的渠基土进行换填砂砾石处理，有效地保证了涵管因地基不均匀沉降引起的接缝处管节错位问题。

第四，工程建成后，通过一年的运行，排洪涵及时将上游的洪水排至下游，排洪涵周边未出现渗水现象，对干渠安全运行未造成任何影响。