乌苏市喇嘛沟西湖段防洪工程排洪渠优化设计探讨

王 震

（乌苏市兴源水务有限公司，新疆 乌苏833000）

1 工程区概况

1.1 流域概况

喇嘛沟位于新疆塔城地区乌苏市境内，发源于天山中段北坡，其东、西分别与同发源于天山北坡中段的奎屯河流域及四棵树河流域毗邻，河流成南北走向。洪水流经乌苏市塔布勒合特乡、甘河子乡、西湖镇等，最后散失在平原区。喇嘛沟上游有三条支沟构成，南北走向，由西向东依次为艾其沟，将军沟，托斯特沟三条支流，流域面积分别为55.1 km2、78.7 km2、59.7 km2，在喇嘛沟及其三条支流上均无水文站，据新疆水文水资源局1998 年完成的《乌苏市地表水资源调查评价》资料，估算三条支沟多年平均年径流量分别是0.0373×108m3、0.0475×108m3、0.0305×108m3。

1.2 水文地质条件

防洪工程区位于准噶尔～北天山褶皱系（Ⅱ）中的乌鲁木齐山前凹陷（Ⅱ36）地质构造单元内。构造较发育，30 km 范围内无活动断裂分布。A1～A2 段地震动峰值加速度0.20 g，相应地震基本烈度Ⅷ度,设计地震分组为第三组；工程区地震动反应谱特征周期均为0.45 s。B1～B2 段地震动峰值加速度0.15 g，相应地震基本烈度Ⅶ度；工程区地震动反应谱特征周期均为0.45 s。

防洪工程地基土为非盐渍土，对混凝土结构、对钢筋混凝土结构中的钢筋及对钢结构均具微腐蚀，其Na2SO4含量低，不具盐胀性。②工程区地下水位埋深受地形坡降影响，其差异较大，防洪工程A1～A2 段勘察深度3 m～5 m 范围内大部分未能揭露到地下水。B1～B2 段中地下水位埋深在自然地面以下2.0 m～4.0 m，越向下游水位埋深越浅。该地下水均属孔隙型潜水，主要受降水、上游侧向补给和农业灌溉影响，地下水位年变幅在1 m 左右。地下水类为CO3—Na 型，矿化度0.257 g/L，水质好，pH 值10.6，具弱碱性，对混凝土结构腐蚀性和混凝土结构中和钢筋均不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

2 排洪渠优化设计的必要性

根据《新疆塔城地区乌苏市喇嘛沟河防洪规划报告》，按照全面规划，综合治理，分期实施的方针和原则合理布置堤、渠线，结合河道地形、地貌、河道特征、水势、地质条件和两岸工程设施状况；由于喇嘛沟现状已初步形成冲洪沟，则依据现状对喇嘛沟以排洪渠的形式进行全断面护砌，以防河道进一步冲刷威胁城镇。

根据原初步设计建设内容，建设防洪堤（桩号18+000～18+156）总长为0.156 km，修建排洪渠（桩号30+800～37+830）总长为7.022 km，河道清淤（桩号40+600～43+600），总长为3.000 km，喇嘛沟防洪0+000 桩号为拟建山区段出山口处，即从出山口处为起点处，喇嘛沟下游平原段起点处桩号为11+698，防洪工程建设起点为G312 国道甘河子大桥下游处，即起点桩号为18+000m，末点桩号为43+600 m。

但是，喇嘛沟沿岸历经多次洪水冲刷，原河床地形变化较大；现状喇嘛沟有乌苏市污水厂水及生活用水排入，水量在1 m3/s～3 m3/s，流量大，持续时间长，施工排水较为困难，施工难度较大。所以进行工程设计变更，变更后建设新建防洪堤（桩号18+000～18+156）总长为0.156 km；新建排洪渠（桩号30+800～37+832）总长为7.022 km；河道清淤（桩号40+600～43+741）总长为3.141 km，轴线调整后较原批复长度增加0.141 km。新建段排洪渠横断面型式调整为全断面雷诺护垫型式。

3 横断面方案比选

3.1 方案一：现浇砼边坡+干砌卵石渠底

排洪渠边坡采用C20F200 现浇砼边坡，渠底采用干砌卵石衬砌，临水边坡为1∶1.75，背水边坡为1∶1.5，渠底浆砌石厚度为30 cm，渠底宽8 m～10 m，压顶采用30 cm×8cm，渠深2.6 m～3.2 m。排洪渠沿横断面每隔50m 设一道0.3 m×0.5 m 横梁，两侧现浇砼边坡板底部及排洪渠底部中心各设一道0.3 m×0.3 m 网格纵梁，底部每隔5 m 设一道0.3 m×0.3 m 网格横梁。排洪渠现浇混凝土板分缝尺寸为2.0 m×2.0 m，缝宽2 cm，采用高压苯板分缝，缝表面5 cm 采用聚氨脂砂浆嵌缝。排洪渠顶设封顶板，封顶板宽0.3 m，厚8 cm，每隔1.5 m 设一道缝，采用高压苯板分缝，缝表面2 cm 采用聚氨脂砂浆嵌缝。排洪渠转角处转弯半径为100 m，见图1。

图1 现浇砼边坡+ 干砌卵石渠底方案

3.2 方案二：全断面雷诺护垫

排洪渠边坡采用30 cm 厚雷诺护垫，渠底采用40 cm 厚雷诺护垫衬砌，临水边坡为1∶1.75，背水边坡为1∶1.5，渠底宽7 m～10 m，渠深2.8 m～3.5 m。排洪渠沿横断面每隔50 m设一道0.5 m×0.8 m（宽×高）格宾石笼横隔墙，两侧边坡底部各设一道0.5 m×0.8 m（宽×高）格宾阻滑墙，雷诺护垫下设一层滤水土工布，规格500 g/m2。其中桩号30+800～32+300 段雷诺护垫下均设一层滤水土工布，32+300～37+830 段底部设一层滤水土工布，见图2。

图2 全断面雷诺护垫型式

3.3 横断面型式比选

现浇砼边坡+干砌卵石渠底方案和全断面雷诺护垫方案抗冲性能均较好，方案一：干砌卵石需25 cm～30 cm 粒径卵石料，现状卵石料选取不易；采用现浇砼措施，适应变形能力较差，施工工序多，施工进度较慢，施工难度大，施工工期长，维修难度较大；且现状喇嘛沟有污水厂水排入，流量大，持续时间长，施工排水困难，且排水费用高。现状喇嘛沟两岸已种植为耕地及林带，方案一侵占部分耕地和林带，产生新的征地补偿费用，同时涉及占地户数多，且大部分耕地为二轮承包地，协调处理难度大。方案二：雷诺护垫需粒径10 cm～20 cm 卵石料，现状卵石料选取方便，采用全断面雷诺护垫型式能适应较大变形，施工工序较少，施工进度较快，施工工期短，采用柔性结构，容易维修，方案二不侵占耕地和林带，无征地补偿费用。两种方案比选见表1。

表1 横断面型式比选表

经过经济技术综合比较分析后推荐方案二，即全断面雷诺护垫方案。

4 排洪渠优化设计水力计算

本工程按照逐段求水深法进行排洪渠设计水力计算，先确定各断面位置，再根据控制断面逐个确定断面水深，具体公式如下：

式中：i 为渠道底坡；s 为沿水流方向渠道沿程坐标，m；Q 为流量，m3/s；g 为重力加速度，m/s2；α 为动能修正系数；Δsp为间隔断面的间距，m；n 为渠道综合糙率；hp为断面水深，m；Ap为过水断面面积，m2；Rp为水力半径，m。

原设计排洪渠各段水力要素见表2。

表2 原设计排洪渠水力要素计算表

变更设计排洪渠各段水力要素计算结果见表3。

表3 变更设计排洪渠水力要素计算表

通过排洪渠设计水力计算可以看出，本次排洪渠变更设计桩号30+800～37+832 段渠深增加0.2 m～0.3 m。

5 结论

塔城地区乌苏市喇嘛沟洪水灾害频发，现状河道防洪设施简陋，导致汛期洪水冲毁两岸农田，村庄，严重威胁两岸农牧民生命财产安全，当地政府每年需投入大量的人力、物力、财力进行防洪抢险。乌苏市喇嘛沟西湖段防洪工程是促进地区经济可持续发展及人民脱贫致富的重要水利基础设施，具有良好的社会效益、生态效益和经济效益。防洪工程排洪渠优化后渠深增加，能解决大量乌苏市污水厂水及生活用水排入现状喇嘛沟后的施工排水困难，对改善当地群众的生产、生活条件，提高生活水平，促进当地经济社会可持续发展，改善工程防护区内的生态环境和人民群众的生产生活条件具有积极意义。