吐鲁番地区坎儿井保护加固工程方案

１ 坎 儿 井 概 述
坎儿井是 与横贯东 西的万 里长城 、纵 贯南北 的 大运 河齐名 的我 国古代 三大工 程之一 ，是 伟大 的地
下水 利灌溉工 程 。
水 电勘测 设计研究 院及 吐鲁 番地 区水科所 的共 同调 查 、研究 、讨论 的基础上 ，初步形 成 了一套 坎儿井
保 护加 固工 程 方 案 。并 将 该 方 案 上 报 至 国家 水 利
后要 回填 土将 其 固定 。
该方 案 以掏 捞 为 主 ，以一 条 ５ ｍ 长 的坎 儿 井 ｋ
为例 ，一 般掏捞 要全 程进行 ，而混 凝土预 制卵形 涵
只是对 １ ０ 左右 长度 的严重塌 方段 进行 局 部 的保 ０ｍ
护。
纹钢 筋 ，长 度 ０ ５ ． ｍ，孔 排 距 ０ ５ ． ｍ，人 工 改 性 土 护 面厚 ５ ｍ。工程所 用挂 网采 用 塑料土 工格栅 ，可 ｃ
吐鲁番 地 区对 坎儿井 明渠 及涝坝 保护 加 固措 施
降低 、水气 凝结 作用影 响 ，土体 含水量 较夏 季成增
大趋 势 。冬 季温 度降低 ，使土体 产生冻 胀 。
比较少 ，一 般 都是 用 砌 石 、预 制 混 凝 土板 及 Ｕ 形 渠 。坎 儿井 的 明渠 一般都 比较 短 ，而 且位 于透水 性
专项资金 到吐鲁 番地 区。吐鲁番地 区成立 了坎儿井 保 护 与利 用领 导小 组 （ 由吐鲁番地 区行署 ，地 区水 利局 、地 区文物局 等多部 门共 同组成 ）专 门负责坎
儿井 的保 护加 固工 作 。８月领 导小 组 召开第 一 次会
议 ，专 门讨论 了坎 儿井 的加 固工程方 案 。最终 决定
本 期保 护加 固坎儿 ３ Ｏ条 。并 于 １ 月 保护加 固工程 ２ 正式开工 ，２ １ ０ ０年 ８月 全部 工 程 完 工 。完成 暗渠 掏捞 ９ ． ６ ｍ，暗 渠 加 固 ４ ５ ｍ，竖井 加 固 ３ ０ ６ １ｋ １８ １１
座 ，加 固 龙 口 ２ ４座 。 ．
我 国的坎 儿井主要分 布在新疆 东部博 格达 山南 麓 的吐鲁番 和哈密两个 地区 。长 期 以来 ，它一直 是 当地 发展农牧业 生 产 和解 决人 畜饮 水 的 主要 水 源 。
与水气 距离最 近 的就是竖 井与 暗渠 的交点处 ，因此 竖井 和暗渠交 点处是 坎儿 井的 薄弱点 。解决 这个 问 题 最 简单 的方 法就是 阻断 外界 冷空气 与竖井 壁 的接
触。
了硬质护砌 为核心 的混凝 土预制 衬砌 和浆砌 石衬砌
结 构 。也 有部分采 用木头 做支 护的工艺 ，最 简单 的
３ ２ 竖 井保护加 固方 案 ．
端） 用人工 夯实 的粘土 挡土墙 挡土 ，挡 土墙底 部厚 １５ ． ｍ，宽 １ ９ ｍ，顶部厚 度 ０ ６ ．６ ． ｍ，宽 ５ １ ｍ，高 ．６
度 ３２ ． ｍ。
３ ４ 明 渠 及 涝 坝 ．
吐鲁番 气候 属于极端 干寒 地区 。坎儿井 中下部 及 出 口段 大部分 位于黄 土地层 中 。竖井 与 大气直接 接触 的土层 ，冬 季 由于 毛细水 向冷端迁 移 、蒸发量
【 键 词】 坎 儿 井 关 保护加固 工程 方 案
【 中图 分 类号 】 Ｔ １ ． ；Ｔ １ 【 Ｖ２ ３ ４ Ｖ９ 文献 标 识 码】 Ｃ 【 文章 编 号 】 １ ７ —２ ６ （ ０ １ ３ ０ ３ ２ ６ ２ ４ ９ ２ １ ）０ —０ ５ —０
【 Ｄ０ｌ 码】 １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ６ ２ ４ ９ ２ １ ． ３ ０ ７ 编 ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ７ —２ ６ ． ０ １ ０ ． １
设计 与施工
水利规 划与设计
２ １ 年 第 ３期 ０１
吐鲁番地 区坎儿井保护加 固工程 方案
白生 贵
（ 吐鲁番地 区水利水 电勘测设 计研 究院 吐鲁 番 ８８０ ） ３ ０ ０
【 摘
要】 新 疆 吐鲁 番地 区现 有 坎 儿 井 １ ９ ０ １条 ，有 水 坎 儿 井 ４ ４条 ，总 长 度 为 ３ ８ ． ｋ ０ ４ ８ ５ ｍ，年 径 流 量 ２ ３ × ．２
相 对要 弱 的土质 区域 ，要 想其保 持原 貌 ，不做保 护
加 固措施 ，只做简单 的清 除泥 土和杂 草也 可 以。
由于气 温周期 性波动 产生反 复冻结 和融 化 ，使
融化后 土体强 度 降 低 ，严 重 威 胁着 竖 井 安全 运 行 。
●
一
．
５ ． ４
一
基本 保持坎 儿井 的原貌 不变 。
３ ３ 龙 口保护 加 固方 案 ．
混凝 土预制 卵形 涵的形 状就是 根据坎 儿井 暗渠 的原始形 状 制 作 出来 的 。不 仅保 持 坎 儿 井 历 史 形 状 ，而且 在 民问得 以广泛 留传 ，也 被广大 人 民群 众 所 接受 。该方案 有施 工作业 简单 ，经久耐 用 ，而且
工 程投资 相对较 低 的优 点 。
龙 口即坎儿 井暗渠 的 出 口，是 坎儿 井暗渠 和 明 渠 的分界线 ，也 是坎儿 井水利 用 的初始 点 。这 个部 位 暗渠顶 站 的覆盖厚 度 一般在 ５ Ｏ 以 内 ，大 多在 ．ｍ
３ 左 右 ，而且是 土 坎段 ，地 质 条 件 相对 要 差 ，是 ｍ
就 是掏捞 ，这些都 是传统 工艺 。这些传 统 的工艺延
用 至今 ，对 暗渠 的保护加 固 比较 成熟也 被广 泛应用 的就是掏捞 和砼预 制卵形 涵加 固工艺 。 混凝 土预制 卵形涵加 固工艺 主要措 施有 ：掏涝
清 淤 、暗渠 加 固及 土方 回填 。 （ ） 掏涝清淤 ：暗渠 加 固首先 要将 暗渠 内淤积 １
３ 吐鲁 番 地 区坎 儿 井保 护 加 固工 程方 案
坎 儿 井 由竖 井 、暗 渠 、 龙 口 、 明 渠 和 涝 坝 （ 蓄
灌溉 面积 ０ ７ ５ ． ３ ２万 亩 ，整个 地 区坎 儿井 控 制 灌溉
面积 １ ． ３万 亩 ；干涸坎儿 井 ６ ７条 ，其 中可望恢 ３２ ８
复 的干 涸 坎 儿井 １ ５条 ，不 可恢 复 的干 涸 坎 儿井 ８
５ ２条 。 ０
水 池）五部 分构成 。坎儿井 保护加 固工程主要 针对
竖井 、暗渠 和龙 口三部分 。
３ １ 暗 渠保 护 加 固 方 案 ．
２ 吐鲁 番 地 区坎 儿 井 保 护加 固工 程 进展
吐鲁 番 地 区 从 ２ ０ ０ ４年 开 始 ，在 新 疆 水 利 厅 、
新 疆水科 院 、吐鲁 番地 区水 利局 、吐鲁番地 区水利
０ ０８ 。 ． ｍ
的表 层淤泥 质土和腐 殖土 清除 。
（ ） 暗渠加 固 ：卵形 钢筋混凝 土预 制涵设 计高 ２ １７ ． ｍ，壁 厚 ０ ０ ｍ，每 段长 ０ ３ ．８ ． ｍ。卵形 钢筋 混凝
另外 坎儿 井根据 地质条 件不 同分为 土坎和 砂坎
两种。
土预制 涵 内轮廓 尺寸 由长 、短半 轴分别 为 １３ 和 ．ｍ
根据 文物保 护 的相 关要求 ｚ坎 儿的保 护措施 要
以传统工 艺 为 主 ，且 最 大 限度 保 持 坎 儿井 历史 原
坎儿 井最不 稳定 的节点 。
为 了提 高坎儿 井 出 口的结 构稳 定性 、美观 性和
貌 。暗渠 保护加 固方案 采用 比较经 济的传 统工艺 即
以掏捞为 主 ，以混凝土 卵形 预制涵 加 固为 辅方式进 行 。同时 混凝土 卵形预 制涵在 制作 过程 中 ，适 当的 加入 外加剂 ，将 混凝土 的颜 色调制成 和原状 土相 同
史料记 载 ，坎 儿井鼎 盛 时总 长度 曾达 ５ ０ ４ ０多 ｋ ｍ。
从新疆 坎儿井 在农业 灌 溉 和人 畜供 水 的作 用 来看 ， 充分 显示 出它作 为 “ 沙漠 生命之 泉” 的深 刻含义 。
吐鲁番地 区现有 坎 儿 井 １ ９ ０ １条 ，有 水 坎 儿井 ４ ４条 ，总长度为 ３ ８ ． ｋ （ 渠和 明渠 ） ０ ４８ ５ｍ 暗 ，总 出
０ ４ 的半 个椭 圆和半 径为 ０ ４ 的半 圆 内切而 成 。 ．ｍ ．ｍ
砂坎 的土 质 为砂 砾 石 ，这种 土 质 稳定 性 较 好 ， 砂坎 的竖 井与 暗渠交 点处很 少有破 坏 的 。破坏 严重
卵形钢 筋混凝 土预 制涵配 有钢筋 网 ，其优 点是 抗压 性能好 ，便 于人们 下坎检 查 、清 淤 ，减少 水量 渗漏 损失 ，且 经济 。
坎儿井保护加 固工作从上世纪六七 十年代 开始 ，
，男 ，甘 肃 民勤 人 ，水 工 室 副 作者 简 介 ： 白生贵 （ ９ ７ １ ７ 年 ）
主 任 ，工程 师 。
・
５ ・ ３
设计 与施工
水 利规划 与设 计
２ １ 年 第 ３期 ０１
至 今吐鲁 番地 区的 坎儿 井保 护 加 固措 施 形 式 多样 ， 而保 护加 固措施 除 了对坎 儿井 掏捞外基 本都 是采用
１ 。从 坎儿 井 在 农 业 灌 溉 和人 畜 供 水 的作 用 来 看 ，充分 显 示 出它 Hale Waihona Puke Baidu 为 “ 漠 生 命 之 泉” 的深 刻 含 义 。本 文 就 ０ｍ。 沙 吐鲁 番 地 区 坎 儿井 保 护 加 固 方 案 ，进 行 阐述 ，供 水 利 工 程 界 同行 进 行 讨 论 。
取水 方便性 。需要 对坎 儿井龙 口采 取一定 的保 护和 加 固处理措 施 。采 取 的主要工 程措施 是 用卵形 钢筋 混凝 土预制 涵对坎 儿井 的暗 渠末 端 ５ Ｏ 长 段进 行 ．ｍ 加 固 ，暗渠 终点处 （ ；卵形 钢筋 混凝 土预制 涵末 即
的颜 色 ，使 其最 大 限度 的保持 坎儿井 历史 原貌 。
由此坎 儿 井 竖 井 加 固采 用 了 “ 留孔 盖 板 加 预
固”方 案 ：该 方案采 用预 留下人 孔 的钢 筋混凝 土矩
形 盖板 覆盖井 口。矩形 主盖板 长 ２ Ｏ ． ｍ，宽 ２ Ｏ ． ｍ， 厚 度 ０ ０ ｍ。主 盖板 中 央 预 留 圆 形 下 人 孔 ，孔 径 ．８ ０８ ． ｍ。预 留孔 上设 圆 形 钢 筋 混 凝 土 预 制 附 盖 板 ， 可 方便 开启或 关 闭井 口， 附盖板 直 径 ０ ９ ． ｍ，厚 度
部 ，也通 过 了水 利部 的审查 及批 准 。 ２ ０ 年 国家拨 付 第 一 批 坎 儿井 保 护 加 固工 程 ０９
目前 ，世 界上 的坎 儿井大 多数分布 在北非 、中 亚一些 干旱 的沙漠地带 的 国家 和地 区。例如 ，阿尔 及利 亚 、摩 洛哥 、利 比亚 、伊拉 克 、伊 朗 、前苏 联 和我 国新疆 。坎 儿井取水 工程对 这些 国家和地 区的 工农业 发展做 出了很大 的贡献
（ ）土方 回填 ：卵形 钢筋混凝 土预制 涵安装 完 ３
的一 般是 土坎 ，因此 建议 只对 土坎 的竖 井与 暗渠交 点处 进行 特殊 加 固处 理 。 处理 方案 为 ：对 坎儿井 的竖井 底侧 壁和与 竖井 底接 口处 的暗渠 侧壁 采用锚 杆挂 网人工 改性土 护面
的支 护形 式 ，其 中竖井 底 侧 壁支 护 高 度 ２ Ｏ ． ｍ，暗 渠支 护长 度竖井 口两 边各 ２ Ｏ ． ｍ。锚 杆采 用 ２ ０螺
水 量 每 秒 约 ７ ３ ３ ， 年 径 流 量 ２ ３ × １ ， 日 ． ５ ｍ。 ． ２ ０ ｍ。
２ １ 国家拨付第二批 坎儿井保 护加 固工程专 ００年 项 资金到 吐鲁 番 地 区。 目前 设计 工 作 已基 本 完成 ，
并于 １ 月 １ ２ ７日举行 了启动仪式 ，并正式开工 。