HLJ 水電站特殊地質(zhì)段引水渠道設(shè)計

陸云才

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊830000）

1 工程概況

HLJ水電站工程位于新疆特克斯縣境內(nèi)的特克斯河一級支流庫克蘇河上，為Ⅳ等?。?）型工程，電站主要建筑物級別為4級，電站總裝機38MW，年發(fā)電量1.476億kW·h。

引水渠設(shè)計流量98.2m3/s，采用梯級斷面，樁號0+066.3~1+567引水渠設(shè)計底寬4.6m，邊坡1∶1.5，糙率0.015，縱坡1/4000，渠深5.7m；樁號1+567~4+791引水渠設(shè)計底寬4m，邊坡1∶1.75，糙率0.015，縱坡1/4000，渠深5.7m。

引水渠采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌防滲渠，梯型斷面渠道。渠道結(jié)構(gòu)型式采用現(xiàn)澆混凝土板，渠底板厚100mm，邊板厚100mm，混凝土設(shè)計指標(biāo)為C20，W6，F(xiàn)200。底板為現(xiàn)澆混凝土板，封頂板為預(yù)制混凝土板，規(guī)格為30cm×40cm×8cm。渠道每隔20m設(shè)置1道寬0.3m、高0.3m的混凝土橫隔墻，每隔3m縱橫設(shè)縫，錯縫布置，縫寬0.02m，上部40mm為聚氨酯砂漿，下部60mm為高壓閉孔板。

2 渠道地質(zhì)條件

該段渠線位于庫克蘇河右岸Ⅱ級階地上，地形平坦，地面高程1229.81～1233m，東側(cè)為坡積碎石土，坡度為10°～30°，該段巖性從上到下分主要分4層，地質(zhì)特性如表1，橫剖面如圖1，圖2。

表1 0+500～1＋266段渠道地質(zhì)特性

圖1 0+500～1＋050段渠道典型地質(zhì)橫剖面圖

圖2 1+050～1＋266段渠道典型地質(zhì)橫剖面圖

2.1 第1層

2.2 第2層

2.3 第3層

2.4 第4層

3 渠道設(shè)計方案比選

3.1 處理原則

渠線基礎(chǔ)洪積碎石土層、洪積粉質(zhì)黏土層、沖積粉土～粉砂層均為凍脹土，工程位于新疆嚴(yán)寒地區(qū)，需進行防凍脹設(shè)處理，同時洪積粉質(zhì)黏土層具有強烈的濕陷性，需進行防濕陷處理。

對渠道的防凍脹措施擬定2個方案進行比較：①換填砂礫石方案；②采用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫方案。

洪積粉質(zhì)黏土為濕陷性黃土，處理方法有：①浸水法；②擠密法；③鋪膜法；④翻填法；⑤換填砂礫石法。

3.2 防凍脹措施方案

3.2.1 方案1

采用砂礫石天然建筑材料對渠基進行換填，以達到抗凍脹的效果。渠道邊坡及底板換填深度深度按SL23—2006《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》進行計算，根據(jù)渠基凍脹計算成果，渠道防凍脹置換厚度為0.6m。

3.2.2 方案2

采用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫，消除渠床土的凍脹。根據(jù)SL23—2006《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》，本工程聚苯乙烯泡沫塑料板保溫層厚度取設(shè)計凍深的1/15，渠基各部位的保溫層厚度為：陰面16cm，陽面13cm，底面14cm。綜合考慮取保溫板厚度為15cm。該方案需在渠基上先設(shè)3cm厚M10水泥砂漿找平層，然后再鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫塑料板。兩種抗凍脹措施比較如表2。

表2 防凍脹措施方案比選

從表2可知，方案1具有施工進度快，施工較為簡單，工程投資少的優(yōu)點。根據(jù)新疆已建防凍脹渠道，大部分采用換填砂礫石的抗凍脹設(shè)計方案，經(jīng)過多年的運行，運行良好，無凍脹破壞現(xiàn)象。因此，從工程投資、工程施工等方面綜合比較，選擇方案1，即渠道換填砂礫石方案。

3.3 濕陷性土基礎(chǔ)的處理措施方案

3.3.1 浸水法

浸水法一般使用于濕陷層厚度大于10m的自重濕陷性土。對于非自重濕陷性土，若不施加附加應(yīng)力，使飽和土所受到的附加應(yīng)力與上覆土體自重之和大于其濕陷起始壓力，則起不到消除濕陷性的作用。一般浸水后可消除地面下6m以下土層的濕陷性，6m以上的土層還應(yīng)輔助其他處理措施，其耗水量大、處理時間長。但本工程為非自重濕陷性土，且厚度小于10m，同時考慮到工程施工工期較為緊張，因此不考慮該處理方法。

3.3.2 擠密法

此方法采用打人樁、沖鉆或爆擴等方法在土中成孔，然后用素土、石灰土或?qū)⑹遗c粉煤灰混合分層夯填樁孔而成，用擠密的方法破壞濕陷性土地基的松散、大孔結(jié)構(gòu)，達到消除或減輕地基的濕陷性，適用于清除5～10m深度內(nèi)地基土的濕陷性。由于本工程黃土厚度小于5m，不滿足該要求，同時該方法施工工藝較復(fù)雜，質(zhì)量不易控制，投資較大，因此不考慮該處理方法。

3.3.3 鋪膜法

渠底及渠道邊坡基礎(chǔ)采用兩層一布一膜方案。該方案不挖除濕陷性黃土和粉砂層，只在原設(shè)計的基礎(chǔ)上再增加一層一布一膜。該方案換填工程量少，但由于施工質(zhì)量原因，復(fù)合土工膜在施工過程中存在破壞膜的風(fēng)險，一旦膜破壞對渠道的防滲效果有很大影響，渠道的運行安全存在風(fēng)險。

3.3.4 翻填法

此方法是將基礎(chǔ)下面的濕陷性土全部或部分挖出，灑水置備或晾干處理，使其含水率接近最優(yōu)含水量條件下分層碾壓。本工程濕陷性土為局部夾層，翻填較困難，因此，不考慮該處理方法。

3.3.5 置換砂礫石法

此方法是將基礎(chǔ)下面的濕陷性土全部或部分挖出，置換砂礫石，對砂礫石分層碾壓，達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。這種措施在施工時，不受機械的限制，質(zhì)量指標(biāo)容易控制。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，浸水法、擠密法、鋪膜法、翻填法，均不適應(yīng)本工程。綜合比選，本工程推薦采用置換砂礫石法。

4 渠道邊坡設(shè)計方案比選

該項目以發(fā)電為主，渠道引水流量較大，渠道周邊有居民居住，為了保證渠道邊坡襯砌及基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，擬定以下2個方案進行比較：方案1渠道邊坡1∶1.5，渠底寬4.6m，換填4m砂礫石；方案2邊坡調(diào)整為1∶2.5，渠底寬1.5m，渠道防凍脹置換厚0.6m。

經(jīng)計算，兩方案都滿足SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》對岸坡穩(wěn)定的要求，如表3。渠道邊坡設(shè)計比選如表4。

表3 渠道邊坡穩(wěn)定計算成果

表4 渠道邊坡設(shè)計方案比選

通過表4可以看出，方案1不需要調(diào)整渠道軸線、工程施工較為容易，投資較小，因此推薦采用方案1 1∶1.5邊坡+4m砂礫石換填方案。

5 結(jié)語

HLJ水電站引水渠道0+500～1＋266段地質(zhì)條件從上到下依次為洪積碎石土層、洪積粉質(zhì)黏土層，沖積粉土～粉砂層，該段土質(zhì)具有凍脹性和濕陷性，通過多個可行性方案進行經(jīng)濟比較，換填砂礫石可以同時解決渠道的防凍脹及濕陷性問題，同時為了保證渠道邊坡襯砌及基礎(chǔ)的穩(wěn)定，渠道采用1∶1.5邊坡+4m砂礫石換填設(shè)計方案。

目前水電站已經(jīng)投入運行，取得了較好的經(jīng)濟效益。對于以后類似工程地質(zhì)渠道有十分重要的參考價值和指導(dǎo)意義。

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