工程布置与建筑物设计.docx

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工程布置与建筑物设计

工程布置与建筑物设计

1工程布置

环山分干渠取水口原在都江堰渠首六大干渠之一的外江水系中的沙沟河3+413处右岸引水，1994年修建岩堰电站时，利用环山渠首段780m的渠道作为电站引水渠，环山分干渠取水口改在岩堰电站前池小机组尾水处。

渠道盘山而行进入青城山丘陵区，跨越赵公山山溪石孟江，再南沿青城山东簏经上元、青城山镇、青城镇（原太平场）、大观镇共17.19公里进入崇州市境内，过街子镇转西，横跨西河支流味江河，再沿山簏至三郎镇横跨干五里河，转南到怀远镇共12公里，汇入西河上段文井江的西河堰，整个渠长29.19公里，修建于50-70年代，其中建筑物长701m，明渠长28489m。

本次整治段长14.082m,其中建筑物长1889.8m，明渠长12192.2m。

本次整治环山渠时，线路维持原线路不变，不作渠线调整。

环山分干渠现状为：

渠首至石孟江（0+782—2+930）为深丘区，多属半挖半填渠段；石孟江至味江河（2+930—14+862）为浅丘区，渠道属于浅挖，局部为填方渠段。

沿线出露地层自新到老为第四系全更新统河流冲洪积层Q4al+pl，上更新统河流冲洪积层Q3al+pl，中更新统冰水冲积层Q2fgl+al，基岩为侏罗系上统莲花口组J3L砂砾岩，渠道开始多数段边坡陡于0.1-0.3。

整个建设时，受当时经济条件限制，除电站开发段外其余明渠未进行衬砌。

运行五十年来，边坡跨塌、建筑物老化、损坏严重，渠堤矮小，渠道达不到设计流量和排洪要求，不能满足灌区的需水要求。

因此对环山渠进行整治、技术改造是非常必要的。

5.2设计原则及标准

一、设计原则及标准：

环山分干渠控灌都江堰市的中兴、青城山镇、青城、大观、民兴、大乐和崇州市的街子、上元、怀远、元通、三郎9.7145万亩农田，其中都江堰市占54.5%，崇州市为45.5%，为灌区的城镇、农村提供人畜饮用水源，同时也是区间洪水排泄通道。

原设计流量为14m3/s，根据灌区供需水量平衡重新核定，进口流量为12m3/s,就能满足要求。

根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-94）和中华人民共和国国家标准（GB50288-99）《灌溉与排水工程规范》的规定，该灌溉渠道工程等级为4级，主要建筑物为4级次要建筑物为5级。

环山分干渠水工建筑物防洪标准表

表5—2-1

建筑物级别

4

5

防洪标准（重现期、年）

10

10

本区根据《中国地震动峰值加速度参数区划图》和四川、甘肃、陕西部分地区地震地震动峰值加速度值0.20g，地震动反应普特征周期值0.35S,该工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

二、分段流量的确定

环山分干渠的分段设计流量根据原修建时流量，并经灌面和综合用水重新校核确定，加大流量为设计流量的20%。

环山分干渠除为灌溉渠道外，同时为区间洪水的排泄渠道，属灌排兼用的渠道，因此设计流量为灌溉所需的流量，校核流量取加大流量和区间组合洪水的最大值。

渠道设计及校核流量如下表5－2-2。

环山渠分干渠分段流量表

表5－2-2

桩号

0+000～3+200

3+200～5+736

5+736～8+920

8+920～15+800

灌溉设计流量（ｍ３/s）

12

10

8

6.0

校核流量（ｍ３/s）

14

16.0

18.0

24.0

5.3方案设计与比较

环山分干渠明渠断面尺寸上段基本满足设计要求。

主要存在的问题是由于未衬砌，渗漏严重，甚至造成部分土渠输水时垮塌，使渠道淤积，过水断面不规则，时宽时笮，糙率大。

石孟江倒虹管顶板打穿，引水时，水从倒虹管冒出，威胁着石孟江的安全，影响石孟江堤防洪安全，同时影响环山分干渠的正常输水。

石孟江泄洪闸尺寸偏小很多，金属结构老化严重，不能满足泄洪要求，严重影响着环山渠的防洪安全。

环山渠上建筑物多，渠道纵比降分布不合理，根据环山渠线路和现状，做了多种方案，最后选择以下方案作为比较。

沿原渠线整治，以整治好的不动的渡槽、暗渠、公路桥、机耕桥、人行桥为控制，结合原渠道断面形式，调整明渠和建筑物的比降、底宽、糙率等参数。

在水头分配上对建筑物如石孟江倒虹管、新修的暗渠多留水头，以减少建筑物的投资。

对明渠采用较缓的比降，节约的水头用于建筑物。

其结果明渠比降在该建筑物的上、下游比降为1/1500-1/3000，且在部分建筑物的上游产生雍水运行。

其结果总水头68.62m，其中建筑物水损57.997m，建筑物中由于沿渠电站水损55.61m,倒虹管和暗渠水损为0.932m,公路桥、机耕桥水1.455m，弯损0.499m，明渠水头10.124m。

5.4明渠纵断面设计

一、进出口水位的确定

环山分干渠在岩堰电站前池小电站尾水取水，因此进口设计水位根据原小电站设计尾水位确定为700.260m，出口水位即渠末水位为了不影响尾水灌区的引水，确定为现渠底高程加设计水深为631.74m。

二、水头损失计算：

1.明渠水头损失计算：

渠道按明渠均匀流公式计算各段的过水能力。

其计算公式为Q=WC

;沿程水头损失为JL。

式中：

W─过水断面；

C─谢才系数，C=1/n*R1/6

R─水力比降；

J─水面比降；

L─渠道长度。

2.暗渠

环山渠分干渠上的隧洞、暗渠满足无压流条件：

（1）、当为短洞时，其过流能力为：

Q=mB

H03/2

m=m0+（0.385-m0）2Ah/（3Aj-An）

HO=h1+αV12/2g

式中：

Q─涵洞设计流量（m3/s）

m─无压流的流量系数；

B─矩形涵洞底宽（米），非矩形时B=Ak/hk

g─重力加速度（m/s2）；

HO─计及流速水头的涵洞进口水头（m）；

Ah─相应于涵洞进口水深的过水断面面积；

Aj─进洞水流的过水断面面积（m2）；

hk—洞内临界水深（m）；

α—流速进口水深（m）；

V1—涵洞进口断面平均流速。

②长洞时

Q=δnmB

H03/2

δn=f（hc/H0）

式中：

δn—淹没系数

hc—进口段收缩断面水深（m），当洞身较长，且底坡0＜i＜ik时，hc≈H0（正常水深）

满足压力流过水能力可按下列公式计算：

a、非淹没流量：

∑ξ+（2gL/C2R）

Q=m2A

m2=1/

式中：

m2—压力流时的流量系数；

i—洞底坡降；

L—涵洞长度（m）；

β2—修正系数，可取0.85；

∑ξ—局部水头损失系数的总和；

C—谢才系数（m1/2/S）；

R—水力半径（m）。

b、淹没流量：

Q=m2A

式中：

h2—涵洞出口水深（m）；

4.小型灌排建筑物

由于渠道小，山洪渡、人行桥和跨度较大的完好的机耕桥不留水损。

新建和改建的山洪渡、人行桥和机耕桥及改建的公路桥采用单孔或单跨。

5.弯道水头损失

根据实测带状地形图上确定弯道参数，计算弯道水头损失。

三、总水头及分项水头

根据以上原则进行水面曲线推算，其结果总水头68.62m，其中建筑物水损57.997m，建筑物中由于沿渠电站水损55.61m,倒虹管和暗渠水损为0.932m,公路桥、机耕桥水1.455m，弯损0.499m，明渠水头10.124m。

5.5明渠横断面设计

渠道横断面设计原则：

⑴、保证设计输水能力，边坡稳定和水流安全通畅。

⑵、渠道各分段之间以及重要建筑物上、下游水面平顺衔接。

⑶、尽量使设计断面与原断面相吻合，以减少挖填方量，由于该渠道设计流量大，尽量采用挖方断面，少采用填方渠道以维持渠道边坡的稳定。

⑷、利用电站开发段原衬砌的渠段，对原电站开发段已衬砌的浆砌卵石段采用开槽抹面。

对局部垮塌段拆除重建，对开始段遇稳定高岩段采用适当调整渠道中心线，以维护稳定的高岩边坡不动。

⑸、原断面小于设计断面，在不影响原支、斗渠和分水洞取水的情况下尽量加大水深以使渠道下挖，避免宽浅式减少开挖量和衬砌量。

⑹、渠道在各级流量运行下，应满足不冲不淤，占地少，工程量小，施工运行和管理方便。

1、边坡系数

根据地质资料提供渠道衬砌边坡系数，参照运行多年渠道稳定的边坡系数情况确定渠道设计边坡系数。

⑴、过水断面：

渠道边坡系数采用m=1。

⑵、非衬砌边坡按稳定的自然边坡削坡，砂岩段1:

1-1.25。

。

2、糙率

浆砌卵石勾缝后n=0.022。

3、渠堤超高

渠道超高按设计加大流量水位或设计洪水水位加安全超高0.5m，衬砌高度同渠道超高。

4、渠堤宽度

由于该渠道渠堤道路除开始段需平整外，其余段渠堤道路畅通。

渠道水力要素见表5—4。

5.6明渠其它项目设计

1、衬砌材料选择

渠道边坡是在稳定的边坡上衬砌，根据充分利用当地材料、交通运输条件、施工方便及造价低等综合因素考虑为三种衬砌材料，即0.10m厚C15现浇混凝土、0.30m厚M7.5水泥砂浆砌卵石边坡、0.30m厚M7.5水泥砂浆砌卵石，m7.5水泥砂浆抹面。

根据三种衬砌材料在6+040~6+120段和16+940~17+060段单位长（每m）渠道比较如表5—5。

渠道边坡衬砌材料比较表

表5—5

渠段

6+040~6+120

项目

C10砼

（0.10m厚）

M7.5水泥砂浆砌

卵石（0.3m厚）

M7.5水泥砂浆砌卵石

M7.5水泥砂浆抹面

（0.3m厚）

单价

（元/m）

321.34

406.56

466.96

根据上表可见，采用0.10m厚C15现浇混凝土造价最低，鉴于环山渠为排洪河道，流速大，比降陡，因此采用M7.5水泥砂浆砌卵石。

2、伸缩缝

现浇砼衬砌时，横向（垂直水流方向），边坡间隔15m，渠底间距20m各设置伸缩缝，均采用5cm厚沥青砂浆嵌缝。

3、梯步

便民梯在沿渠单边200m左右岸交错设置，宽1.2m，材料为C10细石砼。

5.7渠系建筑物设计

一、工程等级、设计标准

环山分干渠分干渠根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-94）和中华人民共和国国家标准（GB50288-99）《灌溉与排水工程设计规范》规定，该工程级别为4级，灌排建筑物主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。

干渠上建筑物有：

暗渠、倒虹管、节制闸、分水闸、陡坡、公路桥、机耕桥、放水洞、山洪渡及渡代桥、接水等84处。

改建和新建灌排建筑统计于表5-7-1。

渠系建筑物设计标准，采用灌排建筑物相应级别设计，设计流量和校核流量同所在桩号明渠流量，见表5-2-2。

设计中尽量对断面尺寸，比降满足设计且完好的渠系建筑物和最近已整治过的建筑物进行保留，对不能满足设计要求视其具体情况进行减糙，扩宽或降底。

环山分干渠分干渠建筑物统计表

表5-7-1

类别

数量

整治措施

暗渠

1

新建1处。

倒虹管

1

拆除重建

公路桥

4

保留

陡坡

11

重建8处，保留3处。

机耕桥

7

拆除重建5处，保留2处。

节制闸

8

拆除重建4处，保留4处。

分水闸

10

改建3处保留水工部分，只换金属结构和新建闸房，6处重建，保留4处。

泄洪闸

2

改建1处保留水工部分，只换金属结构和新建闸房，1处重建。

放水洞

40

重建40处。

山洪渡

2

重建2处。

接水

19

重建19处。

二、暗渠

环山分干渠本次整治段由于该渠道1+040-1+140处右岸边坡较陡，现已成倒悬体，渠道成型困难，因此新修1处暗渠。

新建暗渠断面型式采用圆拱直墙式。

新建暗渠边墙采用现浇C15混凝土，厚30-120cm重力式挡土墙衬砌，渠底厚为0.1m。

拱厚0.3mC15混凝土。

拱顶回填土厚度不小于1.0m。

暗渠渐变段进口长8m，出口长10m。

渐变段均采用M7.5水泥砂浆砌卵石，底为C15混凝土现浇，厚度10cm，原浆抹光，渐变段始末处设0.3m×0.3m现浇C15混凝土齿墙。

新建暗渠处于山溪节水处，在接水处不盖顶，边墙顶低0.5m,长20.0m,作为山溪洪水的入口，在入口处建一沉砂池，比渠道底高程低0.5m，长也为20.0m。

三、倒虹管

环山分干渠分干渠上原有倒虹管1处，即3+200.5-3+252.6石孟江倒虹管长52.1m，进口有一节制闸和泄洪闸，进口闸离节制闸为5m。

为环山渠与石孟江的立交工程，原为浆砌混凝土预制块，运行时都是有压，洞身经常冒水。

本次拆除重建，设计时采用两种方案比较，

（1）维持原立交方案，即倒虹管方案，结构形式钢筋混凝土矩形，断面尺寸为3.5m×2.0m，厚0.4m。

在进口增设拦污栅和沉砂池，将原进口节制闸拆除重建，位置移到暗渠进口，泄洪闸拆除重建。

（2）、平交工程，拆除原倒虹管，改为全闸方案，同时取消泄洪闸。

将进水闸移到下游。

该方案拟建石孟江泄洪闸共5孔，每孔净宽8.0m，长11.0m，采用平底板宽顶堰型，底板与闸墩为分离式布置，底板厚1.0m，中墩厚1.2m，边墩兼作挡土墙，其底宽5.7m，顶宽1.0m。

闸前设砼铺盖，长15.0m，厚0.4m。

经计算闸后设消力池，池长23.0m，池深1.5m。

消力池后为砼砌卵石海漫，长20.0m，厚0.4m。

闸室下游侧设交通桥，宽5.0m。

经比较采用原方案优点较多。

因此维持原方案，即倒虹管方案。

三节制闸、分水闸、泄洪闸

环山分干渠本次整治段共有节制闸6处，其中改建3处，重建3处；分水闸7处，其中重建5处，保留2处；泄洪闸2处，重建1处，改建1处。

其建设情况见表5-7-2。

节制闸为混凝重力式挡墙结构，共1孔，闸室总长3.4-4m，闸孔宽3.5m和4.5m，高2.5或2.8m。

闸底板厚0.8m，C15混凝土。

闸墩厚0.7-1.9m，C15毛石混凝土。

闸房为砖混结构，闸房长3.6m，宽3.0m。

闸前C15砼铺盖长9.5m，闸后护坦长10.5m，护坦厚0.3m。

分水闸为混凝重力式挡墙结构，共1孔，闸室总长5.3m，闸孔宽0.8m和1.6m，高1.7或2.5m。

闸底板，厚0.4m，C15混凝土。

闸墩厚1.23-1.7m，C15毛石混凝土。

闸房为砖混结构，闸房长4.5m，宽3.6m。

闸前C15砼铺盖长3.0m，闸后护坦长4.0m，护坦厚0.3m。

泄洪闸为混凝重力式挡墙结构，共1孔，闸室总长4.0m，闸孔宽3.4m，高3.2m。

闸底板，厚0.7m，C15混凝土。

闸墩厚0.94-1.8m，C15毛石混凝土。

闸房为砖混结构，闸房长2.5m，宽2.4m。

闸前C15砼铺盖长3.0m，闸后护坦长2.5m，护坦厚0.3m。

环山分干渠节制闸、分水闸、泄洪闸统计表

5-7-2

类别

桩号

名称

整治措施

分水闸

0+925

3+180

5+442

6+975

11+442

11+850

12+650

五七支渠

龚家包支渠

清井支渠

长生宫支渠

上宫堰支渠

蒲草堰支渠

磨房沟支渠

重建。

改建，换闸门和启闭机，重修闸房。

重建。

重建。

重建。

重建。

改建，换闸门和启闭机，重修闸房。

节制闸

3+200.5

9+932

10+567

11+422

11+892

14+481

石孟江倒虹管进口节制闸

青城二级电站节制闸

青城三级电站节制闸

节制闸

电站节制闸

电站节制闸

重建

改建，换闸门和启闭机，重修闸房。

改建，换闸门和启闭机，重修闸房。

重建

重建

改建，换闸门和启闭机，重修闸房。

泄洪闸

3+200.5

8+945

石孟江倒虹管泄洪闸

岳王宫

重建。

保留，换闸门和启闭机，重修闸房

六、跌水、陡坡

环山分干渠本次整治段有跌水、陡坡11处，最大落差4.40，总长5108.8m，本次重新整治8处跌水,对电站附近的3处跌水、陡坡局部冲毁部位进行加固整治，大部分保留不动。

整治的跌水采用单级陡坡等宽式，矩形断面。

陡坡进口渐变段长为4m，陡槽底板厚0.4m，混凝土等级为C20，边墙断面采用重力式挡土墙结构，混凝土等级为C15，宽1.2m，和高1.8m，陡槽应每隔10m设一道3㎝厚沥青木板止水兼伸缩缝。

陡槽内流速均小于10m3/s，因此陡槽边墙高度的确定不计掺气对水深的影响，超高按设计水深上加0.4m。

陡坡末端设消力池，长度为10-15m，底板厚0.4m，末端齿墙宽0.7m，高1.5m。

七、公路桥、机耕桥、人行桥

环山分干渠有公路桥4处，均保留不动。

重建公路桥的渐变段采用M7.5水泥砂浆砌卵石重力式挡土墙。

环山分干渠干渠原有机耕桥9处，保留2处，改建7处。

改建机耕桥和新建采用钢筋混凝土板式结构，净宽为2.4米，混凝土等级C25，桥边墙为C15混凝土梁垫。

该处渠道边坡为M7.5水泥砂浆砌卵石，厚30㎝。

环山分干渠分干渠原有人行桥10处，保留4外，重建6处，采用钢筋混凝土板式结构，净宽为2.0米，混凝土等级C25，桥边墙为C15混凝土梁垫。

该处渠道边坡为M7.5水泥砂浆砌卵石，厚30㎝。

三、放水洞、山洪渡、接水、涵洞

环山分干渠原有放水洞5处，都是有口无闸，水工部分简易，洞身和出口都存在不同程度的损坏，渗漏严重，需拆除重建。

重建的放水洞采用予制钢筋混凝土管，φ40cm、φ30cm。

进口安装铸铁平面滑动闸门，设手动螺杆式启闭机，增设小型封闭闸门，进口段安装计量用水器。

见放水洞设计图。

环山分干渠本次整治段原有山洪接水19处，山洪渡1处。

根据坡面洪水和地形分布，重新校核泄洪闸的排洪能力，不考虑分水洞分洪。

经分析复核，均需改建，改建的山洪渡槽直接将坡面洪水排至渠外。

由于渠道底宽不大，山洪渡槽采用C20现浇整体式结构，直接放置在渠道上。

泄洪渠道面尺寸同山洪渡槽身，M5水泥砂浆砌卵石结构。

改建接水34处断面采用矩形，M5水泥砂浆砌卵石。