水利防洪生態(tài)工程對(duì)南水北調(diào)中線總干渠影響

王娣

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

水利防洪生態(tài)工程對(duì)南水北調(diào)中線總干渠影響

王娣

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程利用了南水北調(diào)中線工程左側(cè)的泄洪渠，并在局部渠段增加了濕地公園，將泄洪渠功能由行洪改為汛期行洪、非汛期蓄水。由于該工程距總干渠很近，蓄水后導(dǎo)致總干渠局部渠段左坡及渠底出現(xiàn)襯砌板拱起、開裂、滲水等現(xiàn)象，為保證南水北調(diào)中線工程安全，需對(duì)該并行段采取必要的工程措施。

南水北調(diào)中線；水利防洪生態(tài)工程；工程措施

1 概述

石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程是為了徹底解決城市防洪問(wèn)題及改善石家莊市生態(tài)環(huán)境，結(jié)合南水北調(diào)工程、青銀高速公路工程、城市外圍道路聯(lián)接工程等大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的規(guī)劃建設(shè)提出的。

石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程與南水北調(diào)中線總干渠并行段（以下簡(jiǎn)稱“并行段”）長(zhǎng)4.392km。該工程與南水北調(diào)中線工程共用總干渠左側(cè)的泄洪渠。南水北調(diào)中線工程批復(fù)泄洪渠防洪標(biāo)準(zhǔn)接近于10年一遇，石家莊市區(qū)西北部防洪生態(tài)工程將泄洪渠按20年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拓寬、疏浚，對(duì)河底及岸坡進(jìn)行襯砌，將原泄洪渠功能除汛期行洪外增加了常年蓄水要求，并在局部渠段增加了濕地公園，且該水系工程距總干渠很近（泄洪渠距離總干渠防洪堤外坡腳11m），蓄水后產(chǎn)生滲透影響，導(dǎo)致南水北調(diào)總干渠局部渠段左坡及渠底出現(xiàn)襯砌板拱起、開裂、滲水等現(xiàn)象。為保證總干渠工程安全，需對(duì)該并行段采取必要的工程措施。

2 生態(tài)工程基本情況

2.1 總干渠基本情況

2.1.1 總干渠渠道

并行段南水北調(diào)輸水渠道采用梯形斷面。渠道設(shè)計(jì)水深6.0m，設(shè)計(jì)渠深7.45m?？v坡1/30000～1/16200；過(guò)水?dāng)嗝孢吰缕卤葹?∶2.5，一級(jí)馬道以上邊坡及外坡坡比均為1∶2.0；堤頂（或一級(jí)馬道）寬5m；總干渠左側(cè)為防洪堤，右側(cè)為防護(hù)埝。

2.1.2 泄洪渠

在南水北調(diào)中線總干渠建設(shè)過(guò)程中，占用了石家莊市南泄洪渠的部分位置，在總干渠左側(cè)對(duì)泄洪渠進(jìn)行了恢復(fù)建設(shè)。泄洪渠恢復(fù)建設(shè)采用原有行洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)流量為188m3/s，設(shè)計(jì)底寬15m，設(shè)計(jì)水深3.0m，邊坡1∶2.0，縱坡1/500，全斷面采用漿砌石護(hù)砌，漿砌石厚30cm，下設(shè)10cm砂礫料墊層，墊層下鋪設(shè)576g/m2的兩布一膜復(fù)合土工膜加強(qiáng)防滲。

2.2 生態(tài)工程基本情況

西北部水利防洪生態(tài)工程泄洪渠平行布置在南水北調(diào)總干渠左側(cè)，建設(shè)中泄洪渠防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，設(shè)計(jì)流量239m3/s，底寬40～27m，蓄水區(qū)側(cè)墻為漿砌石擋墻，蓄水深1.53～2.5m。濕地公園與泄洪渠部分渠段相結(jié)合，位于泄洪渠的西部，并行段設(shè)有4座跌水，將濕地公園分成4個(gè)河段。

3 西北部水利防洪生態(tài)工程對(duì)總干渠的影響

3.1 總干渠設(shè)計(jì)條件變化情況

3.1.1泄洪渠變化

西北部水利生態(tài)工程建設(shè)后，泄洪渠功能改為汛期行洪、非汛期蓄水并重，泄洪渠的行洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇，南水北調(diào)總干渠部分渠段與泄洪渠相鄰變成與濕地公園相鄰。泄洪渠渠底采用粉質(zhì)壤土壓實(shí)防滲，厚度0.6m。主槽蓄水區(qū)側(cè)墻采用漿砌石擋墻防滲，擋墻背側(cè)增設(shè)復(fù)合土工膜防滲。

泄洪渠原設(shè)計(jì)洪水歷時(shí)較短，現(xiàn)狀泄洪渠和濕地公園常年蓄水，且泄洪渠距離南水北調(diào)中線總干渠很近（泄洪渠距離總干渠防洪堤外坡腳11m），改變了南水北調(diào)總干渠的運(yùn)行條件，影響到總干渠運(yùn)行安全。

3.1.2 地下水位變化

并行段南水北調(diào)總干渠設(shè)計(jì)中預(yù)測(cè)地下水位高于渠底高程，為保證渠道襯砌板的安全穩(wěn)定，采取無(wú)砂混凝土管集水、泵站抽水外排措施。

西北部水利生態(tài)工程泄洪渠及濕地公園正常蓄水位及2012年9月濕地公園蓄水實(shí)測(cè)水位如表1。

由于泄洪渠及濕地公園距離南水北調(diào)總干渠較近，設(shè)計(jì)渠底和蓄水位均比總干渠高，且無(wú)土工膜防滲層，本段的地層巖性揭露有礫砂層或砂層出露，泄洪渠和濕地公園的水會(huì)通過(guò)砂礫層滲流，因此，泄洪渠和南水北調(diào)中線總干渠之間地下水位將會(huì)抬高，多數(shù)渠段地下水位高于原設(shè)計(jì)采用的自然條件下的預(yù)測(cè)地下水位，不采取泵站抽水外排勢(shì)必導(dǎo)致渠道襯砌板抗浮穩(wěn)定不滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 總干渠預(yù)測(cè)水位及泄洪渠正常蓄水位

3.2 工程蓄水對(duì)總干渠的影響

3.2.1 總干渠渠道集水流量變化

對(duì)照并行段南水北調(diào)中線總干渠左側(cè)地下水條件的變化，分別按遠(yuǎn)離河流或水體的集取地下水條件、靠近水體且滲渠垂直于地下水水流條件分別計(jì)算集水流量，成果如表2。

表2 單座泵站流量對(duì)比

從表2可以看出，泄洪渠蓄水后每座泵站的設(shè)計(jì)抽水流量小于集水流量，抽水流量不能滿足排水要求，造成地下水位不斷抬升，導(dǎo)致南水北調(diào)左坡襯砌板頂托破壞。

3.2.2 泄洪渠及濕地公園實(shí)際蓄水后總干渠情況

2012年9月底石家莊西北部防洪生態(tài)工程建成蓄水，導(dǎo)致南水北調(diào)總干渠約80m渠段襯砌混凝土板上浮約30cm，約280m渠段左坡坡腳以上2.5m位置滲水。2013年6月1日，石家莊西北水利防洪生態(tài)工程再次蓄水后，導(dǎo)致總干渠約40m渠段左坡及渠底混凝土板發(fā)生拱起開裂破壞現(xiàn)象。

4 修復(fù)方案研究

4.1 方案比選

根據(jù)石家莊西北水利防洪生態(tài)工程建設(shè)與運(yùn)行條件，結(jié)合本段地形、地質(zhì)條件進(jìn)行了垂直鋪塑、高噴防滲墻和混凝土防滲墻3種截滲方案的比選。

4.1.1 垂直鋪塑方案

垂直鋪塑方案利用裝備水力沖割和刀具破碎土體的專用機(jī)械，在南水北調(diào)左堤中順軸線方向形成一條連續(xù)的寬20～30mm厚的槽孔，并鋪設(shè)塑膜，形成防滲體系，阻止泄洪渠與濕地公園的滲流以確保滲透穩(wěn)定，最后回填松散干凈的壤土完成作業(yè)。該方案施工難度與混凝土防滲墻相當(dāng)，優(yōu)點(diǎn)是單位造價(jià)低，缺點(diǎn)是技術(shù)條件下成槽深度一般在10～15m之間，而本項(xiàng)目需要的最大防滲深度為24m，一般防滲深度均大于15m，因此現(xiàn)有施工工藝水平難以達(dá)到設(shè)計(jì)防滲深度。

4.1.2 高噴防滲墻方案

高噴防滲墻采用高噴技術(shù)灌漿，形成防滲墻達(dá)到防滲的效果。施工中采用工程地質(zhì)巖芯鉆機(jī)鉆鑿成孔，孔徑110～150mm，要求孔位偏差≤2cm，孔斜率不大于0.8%，且相鄰兩孔為反向偏差時(shí)的孔斜率之和也不大于0.8%，以保證成墻厚度和墻體的連續(xù)性。鉆孔孔深應(yīng)入相對(duì)不透水層1～2m。

從滲流分析角度來(lái)看采用高噴措施對(duì)重點(diǎn)滲透部位封堵透水層可以達(dá)到一定的效果，但透水部位難準(zhǔn)確確定，尤其是地質(zhì)剖面圖中難以發(fā)現(xiàn)的鼠洞或其他一些滲透通道，一旦漏掉不采取措施必然達(dá)不到相應(yīng)的防滲效果。

高噴灌漿技術(shù)對(duì)施工工藝要求很高，施工過(guò)程的控制水平直接決定了防滲墻的質(zhì)量，因此此方案必須由質(zhì)量過(guò)硬、信譽(yù)優(yōu)秀的施工隊(duì)伍才能保證要求。

4.1.3 混凝土防滲墻方案

混凝土防滲墻是在防滲斷面以泥漿固壁連續(xù)造孔成槽，在泥漿下澆筑混凝土而成。與垂直鋪塑方案比較：混凝土防滲墻墻體的結(jié)構(gòu)尺寸（厚度、深度）可根據(jù)工程要求和地層條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，施工方法成熟，檢測(cè)手段簡(jiǎn)單直觀，工程質(zhì)量可靠?；炷练罎B墻適應(yīng)地質(zhì)條件廣泛，耐久性較好，防滲效率較高，其滲透系數(shù)可以很容易達(dá)到n×10-7cm/s。本段揭露的地層巖性主要為第四系黃土狀壤土、壤土、砂、砂礫石、粘土等，均適宜采用混凝土防滲墻方案，以滿足本渠段總干渠渠堤的防滲要求。

綜合分析本段地質(zhì)條件、防滲深度等因素，采用混凝土防滲墻方案最優(yōu)。

4.2 推薦方案設(shè)計(jì)

4.2.1 工程布置

根據(jù)實(shí)際條件，防滲墻建設(shè)總長(zhǎng)度共計(jì)3721.7m。防滲墻建設(shè)位置沿總干渠左側(cè)綠化帶布設(shè)。

防滲墻的厚度由結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗?jié)B強(qiáng)度、耐久性及施工條件等確定，同時(shí)考慮地質(zhì)情況及施工設(shè)備等因素。本工程防滲最大深度達(dá)到24m，深度比較大，防滲墻厚度采用0.4mC25混凝土。

防滲墻布置深度一般可分為封閉式防滲墻和懸掛式防滲墻兩類。并行段滲透系數(shù)較大，懸掛式防滲墻，效果不明顯，應(yīng)采用封閉式防滲墻。濕地范圍相對(duì)不透水地層位于渠底以下8m，可形成封閉式防滲墻。粘土層滲透系數(shù)5×10-6cm/s，防滲墻深度伸入相對(duì)不透水層2.0m控制。

4.2.2 滲流穩(wěn)定分析

滲流穩(wěn)定分析中相應(yīng)的水位采用總干渠的預(yù)測(cè)水位及泄洪渠正常蓄水位，選取3個(gè)典型斷面，工況按以下4種條件：

（1）正常高地下水位，無(wú)防滲墻，南水北調(diào)渠道無(wú)水；

（2）正常高地下水位，有防滲墻，南水北調(diào)渠道無(wú)水；

（3）泄洪渠高水位，無(wú)防滲墻，南水北調(diào)渠道無(wú)水；（4）泄洪渠高水位，有防滲墻，南水北調(diào)渠道無(wú)水。根據(jù)勘察資料，黃土狀壤土滲透系數(shù)取4.0×10-4cm/s，壤土取2.0×10-4cm/s，中砂取3.5×10-2cm/s，礫石取2.5×10-1cm/s，含壤土礫石取8.0×10-2cm/s，黏土取1.0×10-6cm/s，防滲墻滲透系數(shù)取5.0×10-7cm/s。滲流穩(wěn)定分析成果如表3。

表3 滲流穩(wěn)定分析成果

經(jīng)分析，所選取的3個(gè)斷面在有防滲墻工況下，滲流比降明顯降低，由臨界比降降至級(jí)別極低；浸潤(rùn)線的位置變化也很大，建設(shè)防滲墻后各工況下浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)均在坡腳以下，出逸點(diǎn)比較低。水壓力線均作用在底板以下一定的距離，基本能保證滲透壓力不會(huì)托起襯砌板。

5 結(jié)語(yǔ)

石家莊西北部水利防洪生態(tài)工程的建成改變了該段南水北調(diào)中線工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行條件，對(duì)南水北調(diào)總干渠的安全構(gòu)成了威脅。經(jīng)過(guò)多方案比選研究，推薦混凝土防滲墻方案：采用C25混凝土，防滲墻厚度0.4m；防滲墻深度伸入相對(duì)不透水層2.0m。該方案降低了渠堤內(nèi)浸潤(rùn)線及滲流比降，減緩了水壓對(duì)渠道襯砌板的直接作用，能夠保證南水北調(diào)總干渠的運(yùn)行安全。

［1］河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線一期工程總干渠邢石界至古運(yùn)河南渠段初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2009.

［2］河北水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線一期工程總干渠邢石界至古運(yùn)河南渠段總干渠渠道施工詳圖［R］.2010.

［3］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院石家莊分院.石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程（二期）南水北調(diào)并行段變更技施設(shè)計(jì)圖冊(cè)［R］.2010.

［4］深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程（二期）【園林部分】—北段濕地公園第4標(biāo)段（SD4）施工圖［R］.2009.

［5］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院石家莊分院.石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程（二期）南水北調(diào)并行段變更設(shè)計(jì)說(shuō)明書［R］.2012.

［6］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.石家莊市區(qū)西北部水利防洪生態(tài)工程南水北調(diào)并行段對(duì)南水北調(diào)中線工程總干渠影響處理設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2014.

Im pact study of water conservancy flood control ecological engineering to themail channel ofm iddle route of South-to-North water diversion project

WANG Di
（Hebei Research Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

The water conservancy flood control ecological engineering in the northwest of Shijiazhuang used the spillway of the left side ofmiddle route of South-to-North water diversion project，and local canal constructed the wetland park，the spillway can be used for discharging flood in flood season and storing water in non-flood season.Because this project is close to the main canal，the lining plate of the left slope and bottom of local canal was cracking，arching and water seepage after water storage.In order to ensure the safety ofmiddle route of South-to-North water diversion project，we need to take the necessarymeasures to the parallel period.

middle route of South-to-North water diversion project；ecological engineering of water conservancy flood control；engineeringmeasures

TV87

B

1672-9900（2015）01-0012-04

2014-11-05

王娣（1982-），女（漢族），河北石家莊人，工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，（Tel）022-26154624。