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摘要：本文以西干渠横断面设计为例，阐述了挖方渠道在地下水位埋深较浅时横断面设计方案比选方法。
关键词： 渠道改造;横断面设计;方案论证;
一、工程概况
陕西省交口抽渭灌区西干渠位于灌区西部，在总干渠4+191处设闸引水，南北走向，全长12.26km，渠首设计流量3.77m3/s，承担着西安市临潼区、阎良区及渭南市临渭区的相桥、田市、关山、康桥等四个乡镇11.6万亩农田的灌溉输水任务，是灌区抗旱保丰收、建立“两高一优”农业的重要工程设施。西干渠全线于2000～2001年利用世行贷款项目资金进行了衬砌改造。由于区域地势较低，地下水位埋深较浅，受持续强降雨影响，该地区地下水位急剧上升，出现大面积明水，使渠堤长时间浸泡在水中，由于冻胀及地下水顶托作用，导致该渠段渠堤内坡多处滑塌，衬砌板拱起滑落，再加之近几年夏灌的长历时、大流量、高强度运行，渠道损毁情况进一步加剧，影响正常运行，西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段2.12km已列入交口抽渭灌区2017年续建配套节水项目进行了改造。
二、渠道设计方案论证
1）平面布置
经现场勘察调研，认为西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段原渠线平面布置合理，不需要进行改线，工程平面布置维持原状不变。
2）渠道纵断面设计
西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段原设计比降为1/2000，经现场勘测和调查分析，原设计比降合理，故维持原渠道设计比降不变。
3）渠道横断面设计
（1）横断面设计方案比选论证
西干渠1+965～2+981为兴王站前深挖方渠段，设计流量3.77m3/s;4+985～6+893为小寨站前深挖方渠段，设计流量3.07m3/s。据灌区灌溉试验站地下水动态观测资料，近几年年内除秋季外地下水埋深基本稳定在3.3m左右，但8、9月份多雨季节地下水位会有较快上升。多年运行实践表明，当渠岸地下水位急剧上升时，该渠段边坡衬砌板在地下水扬压力作用下易发生滑塌，虽经多次修复但解决不了根本问题，严重威胁西干渠正常运行。根据现场踏勘、调研分析，影响该段渠道边坡稳定的主要因素有以下几个方面：
①高地下水给深挖方渠段边坡稳定带来不利影响。当地下水位上升较快时，会造成土体的软化，在饱和状态下其抗剪强度Cb、φb值降低，同时衬砌板在地下水扬压力作用下极易发生滑塌。
②勘察区⑵层土体为黄土状土，⑶层土体为粉土，土体本身稳定性差。
西干渠1+965～2+981段设计流量Q=3.77m3/s，结合工程实际，对于该段渠道横断面设计本次提出了以下三个方案进行比选。
方案一：矩形过水断面、钢筋混凝土结构
该方案过水断面为矩形，采用C25现浇钢筋混凝土结构。矩形断面净尺寸B×H=2.3m×2.4m，下部设置200mm×200mm倒角;侧墙背水面为折线型，墙厚为0.3m～0.5m;底板厚0.4m，下设100mm厚C15素混凝土垫层、400mm厚碎石垫层。
方案二：弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构
方案三：“U”型过水断面、浆砌石挡土墙结构
该方案横断面为“U”型，半径2.5m，圆心角120°，渠深2.3m，采用浆砌石挡土墙结构。挡墙顶宽0.3m，底宽6.14m，高2.7m，下设400mm厚碎石垫层。墙体采用M7.5水泥砂浆砌筑，M10水泥砂浆勾缝。
三种方案进行比较：
方案一采用C25现浇钢筋混凝土结构，不仅整体性强、承载力高，抵抗外力条件好，且防渗效果佳，淤积量少，管理维护费用低。虽然工程投资偏高，但使用寿命长，经分析计算，若经济计算期取50年，方案一总费用（工程投资+维护管理费用）为601.34万元，方案二总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为753.14万元，方案三总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为836.92万元，因此从长远分析，方案一更为经济。东干渠蒲阳站前深挖方渠段2015年利用省财政专项资金项目、西干渠0+725～1+965、6+893～7+773段2016年利用续建配套节水项目资金进行了改造，横断面均由弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构改造为矩形过水断面、C25现浇钢筋混凝土结构，目前运行情况良好。
方案二、方案三为浆砌石衬砌结构，与钢筋混凝土结构相比，浆砌石勾缝多，结构整体性相对较差;施工过程以人力为主，施工质量不易保证;易破损，使用寿命相对较短，仅为混凝土结构的一半。交口抽渭灌区北干渠北倪站、東干渠蒲阳站、南王站等站前为深挖方渠段且地下水位较高，采用浆砌石衬砌，2011年持续强降雨，灌区地下水位急剧上升，出现大面积明水，站前渠道均水毁严重，内坡土方垮塌，砌石边坡破损滑落，渠道淤积极为严重，直接导致泵站无法正常开机引水。
在初设阶段，经多方研究反复论证，方案二、方案三不符合本次西干渠改造要求，方案一无论从整体性强、承载力高，抵抗外力条件都明显优于其他方案，故方案一为推荐方案。
结语：
2017年利用续建配套节水项目资金进行了改造，横断面均由弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构改造为矩形过水断面、C25现浇钢筋混凝土结构，目前运行情况良好，渠道淤积减少，年节约渠道清淤整修用工费用12万元，可恢复灌溉面积0.22万亩，改善灌溉面积1.20万亩，年增灌溉效益206.99万元。项目区经济净现值365.24万元，经济效益费用比1.16，经济内部收益率10.31%。
陕西省交口抽渭灌溉中心 陕西 渭南 714000
关键词： 渠道改造;横断面设计;方案论证;
一、工程概况
陕西省交口抽渭灌区西干渠位于灌区西部，在总干渠4+191处设闸引水，南北走向，全长12.26km，渠首设计流量3.77m3/s，承担着西安市临潼区、阎良区及渭南市临渭区的相桥、田市、关山、康桥等四个乡镇11.6万亩农田的灌溉输水任务，是灌区抗旱保丰收、建立“两高一优”农业的重要工程设施。西干渠全线于2000～2001年利用世行贷款项目资金进行了衬砌改造。由于区域地势较低，地下水位埋深较浅，受持续强降雨影响，该地区地下水位急剧上升，出现大面积明水，使渠堤长时间浸泡在水中，由于冻胀及地下水顶托作用，导致该渠段渠堤内坡多处滑塌，衬砌板拱起滑落，再加之近几年夏灌的长历时、大流量、高强度运行，渠道损毁情况进一步加剧，影响正常运行，西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段2.12km已列入交口抽渭灌区2017年续建配套节水项目进行了改造。
二、渠道设计方案论证
1）平面布置
经现场勘察调研，认为西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段原渠线平面布置合理，不需要进行改线，工程平面布置维持原状不变。
2）渠道纵断面设计
西干渠1+965～2+981、4+985～6+893段原设计比降为1/2000，经现场勘测和调查分析，原设计比降合理，故维持原渠道设计比降不变。
3）渠道横断面设计
（1）横断面设计方案比选论证
西干渠1+965～2+981为兴王站前深挖方渠段，设计流量3.77m3/s;4+985～6+893为小寨站前深挖方渠段，设计流量3.07m3/s。据灌区灌溉试验站地下水动态观测资料，近几年年内除秋季外地下水埋深基本稳定在3.3m左右，但8、9月份多雨季节地下水位会有较快上升。多年运行实践表明，当渠岸地下水位急剧上升时，该渠段边坡衬砌板在地下水扬压力作用下易发生滑塌，虽经多次修复但解决不了根本问题，严重威胁西干渠正常运行。根据现场踏勘、调研分析，影响该段渠道边坡稳定的主要因素有以下几个方面：
①高地下水给深挖方渠段边坡稳定带来不利影响。当地下水位上升较快时，会造成土体的软化，在饱和状态下其抗剪强度Cb、φb值降低，同时衬砌板在地下水扬压力作用下极易发生滑塌。
②勘察区⑵层土体为黄土状土，⑶层土体为粉土，土体本身稳定性差。
西干渠1+965～2+981段设计流量Q=3.77m3/s，结合工程实际，对于该段渠道横断面设计本次提出了以下三个方案进行比选。
方案一：矩形过水断面、钢筋混凝土结构
该方案过水断面为矩形，采用C25现浇钢筋混凝土结构。矩形断面净尺寸B×H=2.3m×2.4m，下部设置200mm×200mm倒角;侧墙背水面为折线型，墙厚为0.3m～0.5m;底板厚0.4m，下设100mm厚C15素混凝土垫层、400mm厚碎石垫层。
方案二：弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构
方案三：“U”型过水断面、浆砌石挡土墙结构
该方案横断面为“U”型，半径2.5m，圆心角120°，渠深2.3m，采用浆砌石挡土墙结构。挡墙顶宽0.3m，底宽6.14m，高2.7m，下设400mm厚碎石垫层。墙体采用M7.5水泥砂浆砌筑，M10水泥砂浆勾缝。
三种方案进行比较：
方案一采用C25现浇钢筋混凝土结构，不仅整体性强、承载力高，抵抗外力条件好，且防渗效果佳，淤积量少，管理维护费用低。虽然工程投资偏高，但使用寿命长，经分析计算，若经济计算期取50年，方案一总费用（工程投资+维护管理费用）为601.34万元，方案二总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为753.14万元，方案三总费用（工程首次投资+维护管理费用+工程二次投资）为836.92万元，因此从长远分析，方案一更为经济。东干渠蒲阳站前深挖方渠段2015年利用省财政专项资金项目、西干渠0+725～1+965、6+893～7+773段2016年利用续建配套节水项目资金进行了改造，横断面均由弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构改造为矩形过水断面、C25现浇钢筋混凝土结构，目前运行情况良好。
方案二、方案三为浆砌石衬砌结构，与钢筋混凝土结构相比，浆砌石勾缝多，结构整体性相对较差;施工过程以人力为主，施工质量不易保证;易破损，使用寿命相对较短，仅为混凝土结构的一半。交口抽渭灌区北干渠北倪站、東干渠蒲阳站、南王站等站前为深挖方渠段且地下水位较高，采用浆砌石衬砌，2011年持续强降雨，灌区地下水位急剧上升，出现大面积明水，站前渠道均水毁严重，内坡土方垮塌，砌石边坡破损滑落，渠道淤积极为严重，直接导致泵站无法正常开机引水。
在初设阶段，经多方研究反复论证，方案二、方案三不符合本次西干渠改造要求，方案一无论从整体性强、承载力高，抵抗外力条件都明显优于其他方案，故方案一为推荐方案。
结语：
2017年利用续建配套节水项目资金进行了改造，横断面均由弧脚梯形断面、浆砌石衬砌结构改造为矩形过水断面、C25现浇钢筋混凝土结构，目前运行情况良好，渠道淤积减少，年节约渠道清淤整修用工费用12万元，可恢复灌溉面积0.22万亩，改善灌溉面积1.20万亩，年增灌溉效益206.99万元。项目区经济净现值365.24万元，经济效益费用比1.16，经济内部收益率10.31%。
陕西省交口抽渭灌溉中心 陕西 渭南 714000