黔中水利樞紐工程傍山渠道設(shè)計(jì)及優(yōu)化

張 健

黔中水利樞紐工程傍山渠道設(shè)計(jì)及優(yōu)化

張 健

黔中水利樞紐工程渠道流量及斷面大，線路長(zhǎng)，穿越地層多，巖溶、裂隙發(fā)育，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傍山渠道較多，大部分傍山渠道位于村寨上游，失事后對(duì)下游危害嚴(yán)重。通過(guò)多次委托專業(yè)咨詢單位的技術(shù)咨詢，以及對(duì)局部垮塌渠道的原因分析及修復(fù)方案，對(duì)傍山渠道的斷面型式、襯砌結(jié)構(gòu)、排水體系、邊坡支護(hù)、擋墻材料等設(shè)計(jì)進(jìn)行了合理化建議。

黔中水利樞紐工程 傍山渠道 設(shè)計(jì)

黔中水利樞紐工程總干渠長(zhǎng)63.4 km，其中明渠40段，長(zhǎng)21.6 km；桂松干渠84.8 km，其中明渠78段，長(zhǎng)40.5 km；明渠總長(zhǎng)62.1 km（128段），為典型山區(qū)傍山渠道[1]。

1 渠道地形地質(zhì)條件

1.1 地形條件

黔中水利樞紐工程位于云貴高原中西部第一、二階梯過(guò)渡臺(tái)地，長(zhǎng)江流域與珠江流域的分水嶺地帶，渠道經(jīng)過(guò)峽谷和寬谷相間地貌，地面高程1 150～1 500 m，渠道底板高程1 300～1 240 m，存在山高、坡陡、地形起伏變化大等特點(diǎn)[2]，地形條件復(fù)雜。

1.2 地質(zhì)條件

渠道經(jīng)過(guò)區(qū)地層從泥盆系到第四系均有出露，主要分布有白堊系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系等地層，巖性以碳酸鹽為主，間夾碎屑巖、峨眉山玄武巖及煤和白堊系礫巖等，沿線主要以巖基為主，局部摻雜覆蓋層較深的土基，基巖風(fēng)化嚴(yán)重，風(fēng)化深度大。

2 渠道設(shè)計(jì)

2.1 渠道斷面設(shè)計(jì)

渠道設(shè)計(jì)過(guò)水?dāng)嗝娌捎玫妊菪?、直角梯形、矩形等型式，以矩形斷面為主?？偢汕O(shè)計(jì)流量為22.742～15.345 m3/s，水力縱坡為1/4 500，渠道斷面寬高比0.7～0.8[3]，過(guò)水?dāng)嗝?.9 m×4.85 m～4.25 m×4.2 m（B×H），設(shè)計(jì)流速1.346～1.219 m/s；桂松干渠設(shè)計(jì)流量為14.408～4.027 m3/s，水力縱坡為1/5 000，渠道斷面寬高比0.7～0.8，過(guò)水?dāng)嗝?.05 m× 4.123 m～2.3 m×2.4 m （B×H），設(shè)計(jì)流速 1.152～ 1.017 m/s，見(jiàn)圖1。

圖1 傍山渠道典型橫斷面圖（單位：mm）

2.2 渠道防滲設(shè)計(jì)

為減少輸水損失，降低渠道糙率，防止渠道沖刷破壞等，渠道防滲材料采用C15混凝土襯砌(一級(jí)配細(xì)石混凝土、抗凍等級(jí)為F50、抗?jié)B等級(jí)為W6)，襯砌厚度100 mm，采用鋼模板現(xiàn)場(chǎng)澆筑。渠道襯砌超高值按GB 50288—1999規(guī)定，取設(shè)計(jì)水深加0.5 m超高，并高于加大流量水深0.1 m。

2.3 渠道基礎(chǔ)及邊坡處理

渠道開(kāi)挖后，遇溶溝、溶槽、局部坍塌或成渠較差的渠段采用C10混凝土砌毛石回填；遇軟土質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行清挖后，采用C10混凝土砌毛石回填或強(qiáng)夯碎石墊層。

土質(zhì)邊坡采用1∶1開(kāi)挖，強(qiáng)風(fēng)化及軟質(zhì)巖采用1∶0.75開(kāi)挖，邊坡上部采用掛網(wǎng)噴混凝土結(jié)合錨桿支護(hù)；弱風(fēng)化及硬質(zhì)巖采用1∶0.5開(kāi)挖，對(duì)切向坡、逆向坡采用噴混凝土封閉，同時(shí)根據(jù)具體的地層及傾角設(shè)置錨桿等支護(hù)措施；在邊坡較高時(shí)，適當(dāng)位置設(shè)置排水孔，以排泄邊坡內(nèi)側(cè)山體的地下水，采用設(shè)置在坡頂?shù)呐潘疁吓判沟乇硭?/p>

2.4 渠道伸縮縫設(shè)置

渠道每隔8 m設(shè)置1道橫向伸縮縫，并在轉(zhuǎn)彎、漸變段起始位置、地質(zhì)條件變化以及結(jié)構(gòu)變化處增設(shè)1道伸縮縫；由于渠道寬度較大，在渠底距邊墻50 cm的底板左右各設(shè)置1條水平縱向伸縮縫?？p寬2.0 cm，縫前迎水面充填2.0 cm厚的M10水泥砂漿保護(hù)層，縫內(nèi)充填3.0 cm厚的無(wú)毒雙組分聚硫密封膠。

3 渠道垮塌、變形原因

2014年汛期工程區(qū)普降暴雨，導(dǎo)致已完工的渠道局部發(fā)生垮塌、擋墻沉降及變形，為了全面分析破壞原因和掌握已完工襯砌段的實(shí)際運(yùn)行情況，組織相關(guān)單位進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)查，除713 m渠道已垮塌外，還有3 223 m已襯砌渠道存在潛在破壞的可能性。經(jīng)多次召開(kāi)專題會(huì)議討論，認(rèn)為渠道跨塌、變形的主要原因有：一是降雨，工程區(qū)普降暴雨，導(dǎo)致山體內(nèi)外水壓力增大，擠壓渠道；二是渠道基巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，穩(wěn)定性差；三是渠道內(nèi)外排水系統(tǒng)不暢和不完善，雨水下滲直接作用于渠道；四是邊坡支護(hù)措施不夠，邊坡變形擠壓渠道造成破壞；五是施工不規(guī)范，未嚴(yán)格進(jìn)行爆破控制，渠頂隨意堆放渣料等。

4 渠道設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

4.1 渠道垂直開(kāi)挖難度大，超挖嚴(yán)重

渠道沿線出露地層雖為基巖，但受地類表水侵蝕嚴(yán)重，以及溶溝溶槽和節(jié)理裂隙的影響，風(fēng)化深度較大，巖體破碎，渠道內(nèi)側(cè)邊坡無(wú)法按設(shè)計(jì)垂直開(kāi)挖成型，超挖嚴(yán)重。超挖后采用C10混凝土砌毛石進(jìn)行回填，在防滲混凝土與開(kāi)挖面間形成上大下小的倒三角楔形體，對(duì)100 mm的防滲混凝土形成潛在的不安全因素，增大崩塌的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 防滲混凝土厚度較小，直立結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差

渠道最大襯砌高度4.85 m，采用 100 mm厚C15的防滲混凝土直立襯砌，厚高比為0.021，為超薄壁結(jié)構(gòu)混凝土。防滲混凝土與巖基間僅靠相互間的摩擦粘結(jié)及咬合作用，通水前易受墻后地下水的影響出現(xiàn)混凝土崩塌，通水后在水的作用下反復(fù)擠壓易使混凝土與巖基出現(xiàn)空鼓塌落。

4.3 排水措施簡(jiǎn)單，排水效果欠佳

在靠山側(cè)開(kāi)挖邊坡下緣的渠頂位置設(shè)置擋水坎形成300 mm×300 mm的簡(jiǎn)易排水溝，部分坡面排水通過(guò)渠頂下滲入防滲混凝土與巖基接觸面間，同時(shí)渠頂以下邊坡滲水仍處于防滲混凝土與巖基接觸面間，增大襯砌混凝土失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 邊坡支護(hù)措施單一，針對(duì)性不強(qiáng)

邊坡采用素噴混凝土、掛網(wǎng)噴混凝土和掛網(wǎng)錨噴混凝土3種型式，部分邊坡出現(xiàn)開(kāi)裂、隆起破壞，特別是多數(shù)土坡出現(xiàn)邊坡坍塌；部分渠段由于邊坡坍塌造成渠道變形。

4.5 擋墻質(zhì)量控制難

渠道擋墻采用C10混凝土砌毛石，混凝土作為膠凝材料直接與毛石膠結(jié)需通過(guò)振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，易出現(xiàn)振搗不及時(shí)、不到位和墻體兩側(cè)混凝土跑料問(wèn)題，施工質(zhì)量不易控制。

5 渠道設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

根據(jù)水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院和中國(guó)水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心對(duì)渠道設(shè)計(jì)的技術(shù)咨詢意見(jiàn)，并結(jié)合渠道破壞段的原因分析及修復(fù)方案，為了實(shí)現(xiàn)渠道施工簡(jiǎn)單、方便、質(zhì)量好控，以及后期的運(yùn)行安全，建議如下。

5.1 渠道斷面

由于山區(qū)基巖風(fēng)化嚴(yán)重，垂直開(kāi)挖難度大，渠道宜采用梯形斷面[4]，并根據(jù)出露基巖的完整性，選擇不同的開(kāi)挖坡比，同時(shí)結(jié)合渠道施工的通行要求，合理確定渠道底板寬度。

5.2 防滲結(jié)構(gòu)

采用貼坡混凝土襯砌，厚度應(yīng)結(jié)合渠道的高度取值，大型渠道建議15～20 cm，并根據(jù)巖基風(fēng)化情況在渠道內(nèi)側(cè)墻設(shè)置錨桿（土基可設(shè)置玻璃鋼錨桿）、插筋、鋼筋網(wǎng)，底板設(shè)置插筋；土質(zhì)渠道采用土工膜與土工格室混凝土防護(hù)板組合結(jié)構(gòu)[5]。

科研經(jīng)費(fèi)績(jī)效評(píng)價(jià)是對(duì)科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支出的效益和效率進(jìn)行的客觀評(píng)價(jià)。高校每年都有巨額的科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支出，而且這部分費(fèi)用每年都在遞增，那么如何將科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用得最合理、效益最大化就尤為關(guān)鍵。目前各高校對(duì)于科研項(xiàng)目的驗(yàn)收主要停留在科研項(xiàng)目的成果上，而很少關(guān)注科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用的績(jī)效考評(píng)，這導(dǎo)致了部分項(xiàng)目結(jié)束后，科研經(jīng)費(fèi)有結(jié)余可項(xiàng)目還沒(méi)有結(jié)題，或者已經(jīng)結(jié)題了卻沒(méi)有去財(cái)務(wù)部門(mén)辦理相關(guān)手續(xù)，導(dǎo)致結(jié)余科研經(jīng)費(fèi)長(zhǎng)期掛帳，甚至個(gè)別項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將經(jīng)費(fèi)挪為他用。

5.3 排水系統(tǒng)

通過(guò)渠頂排水溝的攔截、渠內(nèi)排水盲管的堵排和輕型井點(diǎn)排水[6]減降相結(jié)合，形成完整排水體系。對(duì)于高地下水位渠道，一是在側(cè)墻內(nèi)埋設(shè)豎向減壓盲管，盲管頂部與渠頂排水溝連接，滲水通過(guò)沿渠道縱向布置的集中排水盲管排出渠道；二是在內(nèi)側(cè)墻設(shè)置排水盲溝橫跨渠底排向渠道外側(cè)。

5.4 邊坡支護(hù)

針對(duì)沿線渠道出露基巖和邊坡大小，除選用噴混凝土、掛網(wǎng)噴混凝土和掛網(wǎng)錨噴混凝土支護(hù)外，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置網(wǎng)格架、擋墻、抗滑樁及草皮護(hù)坡等支護(hù)，應(yīng)特別關(guān)注土質(zhì)邊坡支護(hù)。

5.5 擋墻材料

為了便于施工質(zhì)量控制和節(jié)省人工投入，渠道擋墻應(yīng)優(yōu)選施工工藝成熟的漿砌石、埋石混凝土或素混凝土。

5.6 渠頂蓋板

為了保護(hù)水質(zhì)，減少水面蒸發(fā)，增加渠道剛度和穩(wěn)定性，在技術(shù)可行和資金允許的條件下，可以在渠頂增設(shè)混凝土蓋板。

6 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)傍山渠道的地質(zhì)條件和地形條件都比較復(fù)雜[7]，存在開(kāi)挖成型難度大，防滲襯砌結(jié)構(gòu)復(fù)雜；開(kāi)挖斷面大，邊坡高；地下水位高，排水系統(tǒng)工程量大；渠道位于村寨及相關(guān)設(shè)施上游，失事后對(duì)下游危害嚴(yán)重。為了確保渠道的運(yùn)行安全，多次組織專業(yè)資詢單位進(jìn)行設(shè)計(jì)技術(shù)咨詢，并通過(guò)對(duì)2014年汛期后局部渠道垮塌原因的分析，對(duì)傍山渠道斷面型式、襯砌結(jié)構(gòu)、排水體系、邊坡支護(hù)、擋墻材料等設(shè)計(jì)提出了系統(tǒng)的合理化建議，可供類似工程參考。

[1]宋懷春.山區(qū)渠道特點(diǎn)及防滲措施[A].第十三屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C].北京：海洋出版社，1999，194-195.

[2]張健.黔西南山區(qū)長(zhǎng)距離大型調(diào)水工程建設(shè)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].中國(guó)水利，2014(6)∶49-51.

[3]蒙進(jìn)，向國(guó)興.山區(qū)傍山渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面形式淺析[J].貴州水力發(fā)電，2007(3)：61-63.

[4]曹政權(quán)，齊廣平，裴兵，等.幾種防滲渠道斷面的比較分析[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(5)∶134-136.

[5]袁安麗，邱靜，孫景路.大型渠道防滲與防護(hù)新技術(shù)方案研究[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，2001(4)：49-50.

[6]董勤瑞.混凝土襯砌渠道的排水技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，1990(8)∶45-50.

[7]蘭光裕，楊榮芳.貴州山區(qū)長(zhǎng)距離管道輸水的現(xiàn)狀與對(duì)策[J].水利發(fā)展研究，2010(12)：59-62.

表1 6#路邊坡巖體物理力學(xué)指標(biāo)

表2 6#路邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果

5 高邊坡安全監(jiān)測(cè)

戈蘭灘水電站邊坡安全監(jiān)測(cè)包括邊坡表面位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)和深部監(jiān)測(cè)2個(gè)層次。表面位移利用全站儀進(jìn)行，同時(shí)各邊坡選擇不少于2個(gè)典型觀測(cè)斷面，沿不同高程布置多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜孔和地下水位觀測(cè)孔，監(jiān)測(cè)邊坡深部位移和地下水位的變化，對(duì)錨索區(qū)，選取一定數(shù)量的錨索，安設(shè)錨索測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)錨索的受力狀況。

6 結(jié)語(yǔ)

戈蘭灘水電站在結(jié)合地形和地質(zhì)條件、邊坡性質(zhì)及運(yùn)用要求基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算分析，對(duì)邊坡采用掛網(wǎng)噴護(hù)混凝土，系統(tǒng)錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁、格構(gòu)梁等綜合措施防護(hù)；局部采用加強(qiáng)錨桿、錨筋樁加固；對(duì)破碎帶或邊坡較破碎時(shí)，采用噴錨及相應(yīng)的排水、降壓措施；左右壩肩和廠房后邊坡巖體內(nèi)設(shè)有排水洞和排水幕；對(duì)于土質(zhì)邊坡盡量采用生態(tài)護(hù)坡措施如三維植被網(wǎng)或框格梁內(nèi)植草等，取得了較好的治理效果。工程經(jīng)7年多的運(yùn)行考驗(yàn)，邊坡變形未發(fā)現(xiàn)異常，運(yùn)行狀況良好。

作者簡(jiǎn)介

耿振云 男 教授級(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

李鑫淼 女 工程師 天津市水務(wù)工程建設(shè)管理中心天津 300204

張軍勞 男 教授級(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

（收稿日期 2015-08-18）

TV672

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1007-6980（2015）04-0003-03

2015-08-26）

張 健 男 高級(jí)工程師 貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 貴州貴陽(yáng) 550003