高寒地區(qū)長(zhǎng)距離輸水渠道泥巖段排水處理方案

張志雁

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

高寒地區(qū)長(zhǎng)距離輸水渠道泥巖段排水處理方案

張志雁

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

針對(duì)某擴(kuò)建渠道泥巖段存在滑坡變形破壞問(wèn)題，采取增設(shè)排水措施，通過(guò)工程施工、運(yùn)行管理、工程投資等，確定適合工程特點(diǎn)的橫向排水方案，為提高高寒地區(qū)長(zhǎng)距離輸水渠道的安全運(yùn)行提供可靠保障。

高寒地區(qū)；長(zhǎng)距離輸水；泥巖；排水處理

1 工程概況

某擴(kuò)建渠道為Ⅱ等大（2）型工程，其任務(wù)為城市和工業(yè)用水，并兼顧沿線農(nóng)牧業(yè)和生態(tài)用水。原渠道設(shè)計(jì)流量68m3/s，斷面結(jié)構(gòu)為梯型斷面，渠底寬度4m，渠道內(nèi)邊坡1∶2.0，外邊坡1∶1.75，渠頂寬4.5m，渠深5.4～6.2m，采用預(yù)制混凝土板襯砌結(jié)構(gòu)。擴(kuò)建后設(shè)計(jì)引水流量120m3/s，渠道全長(zhǎng)133.65km，其中渡槽長(zhǎng)100m，隧洞長(zhǎng)4.14km，明渠長(zhǎng)度129.40km。

工程區(qū)地處歐亞大陸腹地中心，遠(yuǎn)離海洋，屬大陸性寒溫帶氣候，四季中春秋兩季不明顯，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒、夏季短而炎熱，降水少，氣溫溫差大。多年平均氣溫3.4℃，最高氣溫39.6℃，最低氣溫-42.7℃，最大凍土深度1.8m，最大積雪厚度2.8m，多年平均降雨量113mm，多年蒸發(fā)量1844mm。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。

該擴(kuò)建渠道工程沿渠線通過(guò)的地貌為剝蝕起伏的平原與沖洪積平原的過(guò)渡帶和河谷階地，總地勢(shì)由北東向南西緩傾。根據(jù)地質(zhì)資料統(tǒng)計(jì)，渠段渠床分布的泥巖長(zhǎng)42.25km，占渠線全長(zhǎng)31.6%，大部分以弱～中膨脹巖為主，局部段為強(qiáng)膨脹巖，對(duì)渠道的安全運(yùn)行存在不同程度的潛在危害。

2 泥巖段破壞特點(diǎn)及成因

由于在前期建設(shè)期間，對(duì)泥巖基礎(chǔ)渠道的認(rèn)識(shí)不足，未對(duì)其進(jìn)行換填處理。根據(jù)輸水渠道運(yùn)行十幾年現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每年停水后膨脹泥巖渠段均存在不同程度的渠堤滑坡、渠坡鼓脹、渠底變形等問(wèn)題。究其原因，膨脹泥巖段土層是一種特殊的非飽和土，其特殊性表現(xiàn)在，吸水膨脹軟化，失水收縮干裂，同時(shí)具有超固結(jié)性和多裂隙性。由于長(zhǎng)期受到運(yùn)行期水位變化及融雪性積水的影響，膨脹性泥巖段土層長(zhǎng)期受到干濕循環(huán)的作用，因而引發(fā)渠道破壞，影響渠道輸水安全。

本工程通過(guò)設(shè)置排水措施，阻斷膨脹土體與外界水分的交換，使膨脹巖土的含水量相對(duì)穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)解決渠道滑坡變形破壞問(wèn)題，確保工程安全運(yùn)行。

3 泥巖段排水設(shè)計(jì)

3.1 擴(kuò)建渠道

根據(jù)工程規(guī)模，該擴(kuò)建渠道將原渠堤加高1.5～2.0m，加高后渠道襯砌采用現(xiàn)澆混凝土弧形渠底結(jié)構(gòu)，自上而下分別為10cm厚現(xiàn)澆混凝土板、一布一膜、3cm厚砂漿墊層，渠坡采用預(yù)制混凝土六棱塊襯砌，自上而下分別為6cm預(yù)制混凝土六棱塊、3cm厚板下砂漿墊層、一布一膜、3cm厚膜下砂漿墊層。為防止膨脹性泥巖對(duì)渠道產(chǎn)生破壞，對(duì)渠道基礎(chǔ)進(jìn)行全斷面換填處理：渠底換填厚度2.1m，渠坡?lián)Q填厚度2.0m。采用兩層換填結(jié)構(gòu)，靠近渠床一側(cè)換填白砂巖或礫質(zhì)土等滲透系數(shù)較小的土料，靠近襯砌結(jié)構(gòu)鋪設(shè)0.5m厚透水砂礫石層，在渠底砂礫石層底部鋪設(shè)縱向排水體，排水體內(nèi)鋪設(shè)DN200 UPVC濾水管，同時(shí)設(shè)置橫向排水集水井由兩側(cè)匯集濾水管內(nèi)的滲漏水。

3.2 橫向排水

渠道縱向排水匯集在橫向排水井的滲漏水，通過(guò)橫向排水結(jié)構(gòu)排出。對(duì)于部分填方渠道采用埋設(shè)DN180的PE管通過(guò)自流方式排至低洼處，對(duì)于挖方段則需設(shè)置水泵采用抽排方式。

本次泥巖段渠道抽排式橫向排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出3種方案。

3.2.1 方案1（渠內(nèi)鋼管排水方案）

設(shè)置跨渠鋼桁架橋，集水池設(shè)置DN500入泵鋼管連接測(cè)橋，采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。外徑尺寸DN3000，壁厚20cm，池深3.4m；集水池蓋板上設(shè)置φ800進(jìn)人孔和φ500入泵孔。

3.2.2 方案2（渠坡鋼管排水方案）

渠道右岸設(shè)置操作平臺(tái)，順渠坡埋設(shè)DN500入泵鋼管連接至集水池，采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外徑尺寸DN3000，壁厚20cm，池深3.6m，集水池蓋板上設(shè)置φ800進(jìn)人孔。

3.2.3 方案3（渠外豎井排水方案）

渠道右岸 （位置較低的一側(cè)）渠堤外側(cè)埋設(shè)豎井，埋設(shè)深度13.0m，井底高程相對(duì)對(duì)應(yīng)樁號(hào)的渠底-5.1m，埋設(shè)縱坡為1/50的DN180的PE管將渠底設(shè)置的集水井與排水井連通，采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸1.1m×1.1m×1.1m（長(zhǎng)×寬×高），豎井由預(yù)制鋼筋混凝土井管拼裝，單節(jié)井管尺寸3.0m（內(nèi)徑）×1.2m（高），壁厚15cm。

3.3 橫向排水設(shè)計(jì)方案比選

以渠道加高擴(kuò)建后渠頂高程相對(duì)渠底7.4m渠段處橫向排水，分別從施工條件、運(yùn)行管理、主要工程量等方面對(duì)3種方案進(jìn)行比選，結(jié)果如表1。

表1 橫向排水設(shè)計(jì)方案比選

由表1可知，方案1，雖然在工程量對(duì)較少，工期短，但入泵鋼管對(duì)渠道水流有阻滯影響，底板與集水池間止水安裝質(zhì)量要求較高；方案2，工程投資最省，但存在施工不便造成渠道邊坡破壞問(wèn)題；方案3，雖然投資大些，但豎井設(shè)置在渠道外，工程質(zhì)量更有保障，運(yùn)行管理方便。經(jīng)綜合比選，采用方案3。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)渠道結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，從工程施工、運(yùn)行管理、工程投資等角度，經(jīng)綜合必選，確定適合工程特點(diǎn)的橫向排水方案，可有效解決泥巖段渠道滑坡問(wèn)題，為提高高寒地區(qū)輸水渠道的安全運(yùn)行提供可靠保障。

［1］劉志明，王德信，汪德?tīng)?水工設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版第1卷基礎(chǔ)理論［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2011．

［2］楊濤，李強(qiáng)．新疆某引水工程中強(qiáng)膨脹泥巖處理施工技術(shù)［J］．人民長(zhǎng)江，2005，35（6）：29-30．

［3］任夠平.膨脹性泥巖地基筑渠設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題探討［J］.水利建設(shè)與管理，2010（12）：8-11.

［4］毛國(guó)新．寒冷區(qū)渠道膨脹泥巖低級(jí)處理技術(shù)［J］．給水排水，2006（12）：81-83．

［5］蔡耀軍，趙旻，羅嵐，等．膨脹土渠道處理措施研究［J］．資源環(huán)境與工程，2008，22（1）：35-37．

［6］徐虎城，徐進(jìn)忠，高強(qiáng).嚴(yán)寒地區(qū)長(zhǎng)距離輸水渠道滑坡段排水方法［J］.水利水電技術(shù)，2014，45（6）：41-42.

［7］任喜龍，呂紅波.南水北調(diào)中線滹沱河灘地段渠道排水設(shè)計(jì)［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2014（4）：12-14.

（責(zé)任編輯：王艷肖）

Research on treatment measures for drainage in mudstone section of long-distance diversion channel in alpine area

ZHANG Zhi-yan
（Xinjiang Survey and Design Institute of Water Resources and Hydropower，Urumqi 830000，China）

Aiming at the deformation failure problems in mudstone section of a expansion channel， the supply drainage measures in channel are provided.According to the project construction， operation management and project investment， a suitable transverse drainage was determined，it provides a guarantee for safety operation of long-distance diversion channel in alpine area.

alpine region； long-distance diversion channel； mudstone section； drainage

TV67

B

1672-9900（2017）03-0015-02

2017-04-05

張志雁（1984-），男（漢族），江西龍南人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）15999160349。