雙層盲溝截排水設計在基巖裂隙水地區(qū)的應用研究

王延輝，饒 虎，馮軍偉

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司， 陜西 西安 710032)

基巖裂隙水是我國分布最為普遍的地下水類型之一[1]。貯存并運移于基巖裂隙中的裂隙水，往往具有一系列與孔隙水不同的特點。在巖土工程勘察中，有些情況下鉆進深度在同一巖層中相距很近的鉆孔，水量懸殊，甚至部分鉆孔見地下水而相鄰鉆孔卻無水的情況，有時在相距很近的井孔測得的地下水位懸殊，水質與地下水動態(tài)變化規(guī)律也明顯不同[2]，大量的工程實踐表明在基巖裂隙含水層中開挖的礦井，可能會遇到看似涌水量不大的巖層中局部可能出現大量涌水的現象。諸多事實表明，與孔隙水相比，基巖裂隙水表現出更強烈的不均勻性和各向異性[3]。但是，由于基巖裂隙水的埋藏、分布極不均勻，其賦存條件和運動規(guī)律比較復雜，因而對基巖地區(qū)的水文地質研究較少，尤其是在工程勘察中未引起應有的重視[4-6]。

1 工程概況

某變電站工程位于西藏自治區(qū)昌都市芒康縣境內，屬于高山草甸區(qū)，地表植被發(fā)育，區(qū)域降水豐沛。站址區(qū)地勢相對周邊較低，且地面由北向南地面傾斜坡度約為3.0%。在工程建設進行場地平整時，為考慮土方平衡，場地北側開挖南側回填，在站址四周形成邊坡，其中北側和東側為挖方邊坡，最高處達6.8 m，因受條件限制，設計考慮了就地取材，利用表層高原草甸土為原材料，采用生態(tài)植草袋人工堆砌的護坡方案。

2017年雨季，芒康地區(qū)連降暴雨，導致站址北側東段挖方邊坡生態(tài)植草袋發(fā)生約3 m寬的局部滑塌，另外，現場施工反映從基礎施工起，尤其在雨季，站址東側部分建筑物基礎周圍有微量的冒水現象。

2 水文地質條件

根據區(qū)域地質資料及收集到的相關資料，站址區(qū)域地質構造復雜，新構造運動活動頻繁，風化作用強烈，且站址位于高山山間盆地、谷地地段，降水豐沛，使得淺部基巖呈破碎狀態(tài)，易形成裂隙通道，從而形成基巖裂隙潛水水流。根據區(qū)域資料及建設工程場地巖土工程勘探結果，站址區(qū)地層成典型的二元結構，上部地層為第四系沖洪積粉質黏土混礫石，厚1 m～3 m，下伏新近系沉積形成的大厚度泥質砂巖，砂巖頂部10 m～20 m基巖裂隙較發(fā)育。故判斷邊坡滑塌及基礎冒水均與暴雨導致的地下水流變化和基巖裂隙水抬升有關。

2.1 站外沖溝調查

站址區(qū)位于高山中下部，屬于山間局部小型沖洪積洼地地貌，四周均為高聳的雪山，站址區(qū)總體地勢為四周高，中部低。原始地貌站址區(qū)內及附近僅存在季節(jié)性小型沖溝，溝內可見地下泉水溢出，在洼地形成沼澤。站址區(qū)外對站址有影響的沖溝有8條，自西南向東北順時針編號依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅳ和Ⅴ(見圖1)。站外沖溝中，Ⅰ號沖溝位于站址西南方向，地表水流排向站外，對站址區(qū)幾乎沒有影響；其他沖溝均位于站址西側或北側地下水上游方向，對站區(qū)地表排水和地下水有一定影響?，F場調查在站址區(qū)域及周邊未發(fā)現泉水出露，僅在Ⅴ號沖溝源頭發(fā)現泉眼一處。

站外對站區(qū)有影響的沖溝形成的地表水均流向站外截洪溝，經站外截洪溝排向站址下游方向。根據訪問了解，站外沖溝多為季節(jié)性地表水流，在雨季、冰雪融水季節(jié)站外沖溝多存在地表水流。

圖1站外沖溝分布示意圖

2.2 含水層的分布特征

根據地下水的形成條件、賦存規(guī)律和水力特征，站址所在區(qū)域淺部地下水可劃分為基巖裂隙潛水和沖、洪積層孔隙潛水兩種基本類型。

(1) 基巖裂隙水。站址四周均為山地，山體高大，山體由古老的沉積巖組成，構造裂隙和風化裂隙均發(fā)育，降水滲透形成基巖裂隙水。區(qū)域裂隙水埋藏淺，水質較好，易于開采，但是因為風化殼厚度有限一般水量都不大。站址區(qū)域存在基巖風化裂隙水，根據巖土工程勘察成果，上部基巖裂隙較發(fā)育，具一定的導水性能，但是因為泥質的存在，對裂隙具有一定的充填作用，加之砂巖裂隙本身的富水性特征，綜合判斷站址及周邊區(qū)域基巖裂隙水水量一般，屬弱富水性分區(qū)。

(2) 沖、洪積層孔隙潛水。站址區(qū)沖、洪積地層巖性為粉質黏土混礫石，滲透性一般，第四系沖、洪積地層與下覆基巖之間無隔水層存在，故可認為是同一層水，沖、洪積層孔隙潛水接受大氣降水、冰雪融水、地表水的側向徑流補給等，垂直下滲直接形成對基巖裂隙水的補給。站址區(qū)場平時在北側和東側形成高邊坡，在坡面上未見到孔隙潛水流出，主要沿沖、洪積覆蓋層和下部基巖的交界面上滲出，表明沖、洪積層導水性及含水性能一般，屬于弱富水性分區(qū)。

2.3 地下徑流及動態(tài)變化

站址所處區(qū)域地下水的徑流方向總體上是由北向南，水力坡度與地形坡度大致相似，僅在站外沿Ⅳ號沖溝上游方向，地下水水力坡度在靠近站址區(qū)較緩，上游較陡。據芒康縣氣象站基本氣象要素逐月平均統(tǒng)計表，降水多集中在6月—9月份；4月到5月為冰雪融化期，融雪水形成地表水流或者補充增大了流量，所以4月至9月為地下水的豐水期，1月至3月為枯水期，其他時段為平水期。區(qū)域地下水變幅較大，初步判斷年地下水位年變幅±3.0 m。

3 原因分析

3.1 邊坡滑塌原因分析

生態(tài)植草袋人工堆砌護坡方案正常情況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是該護坡方案沒有固定植草袋的外部作用力，使得植草袋處于自然狀態(tài)[7]，當坡高大于一定高度且放坡比例較大時，在極端天氣和外部其他作用比如邊坡外堆載等情況下，可能導致邊坡失穩(wěn)[8-10]。

另外，站址地層為典型的二元結構，基巖上部地段裂隙較發(fā)育，具一定的導水性能，但是因為表層粉質黏土的存在，對基巖頂部裂隙具有一定的充填作用，故在覆蓋層底部和基巖的交接面上易形成地下潛水水流面，當此水流流向邊坡并由邊坡側壁流出時，在覆蓋層和基巖交接面處形成易滑動帶[11]，邊坡在水的作用下可能失穩(wěn)。本次站址北側東段挖方邊坡滑塌即是由埋深約1.9 m處的覆蓋層底部開始，首先形成局部鼓凸變形從而導致成片區(qū)域滑塌。

3.2 站內東側地下水來源分析

根據現場調查及補充勘探情況判斷，產生基巖裂隙水的原因是由于站址區(qū)東北側匯水面積大，該區(qū)Ⅳ號沖溝與其他站外沖溝相比切割深度相對較大，水蝕和風化作用強，地勢有利于風化帶的形成和保存，因此站外東北側區(qū)域基巖裂隙發(fā)育程度較高，故形成風化裂隙通道，從而形成基巖裂隙水。站址施工時進行了場地整平，站內東側構架地段屬于挖方區(qū)，開挖整平導致基礎底面達到地下基巖裂隙水位，基巖裂隙水上涌聚集是站內局部地段積水的主要原因。根據孔內地下水位統(tǒng)一觀測結果結合地質剖面分析，觀測時站內東側地下水位低于現有地面標高(見圖2中的現狀水位線)，因此站內遺留積水排干凈的情況下是不會存在地面積水的。根據現場施工人員反饋的信息，雨季之后隨著降雨量的較少，原有地面積水正在逐步散去。但在雨、洪季節(jié)及冰雪融水季節(jié)，地下水水位將會提升，當地下水位提升2.0 m時，即為圖2中的預測雨季水位線，假定達到預測的雨季地下水位，站內東側部分地段地下水位已高出現有地面，故地下水在站內局部地段地表溢出形成地面積水。

圖2季節(jié)影響下的基巖裂隙水水位變化圖

4 雙層盲溝設計

為了對邊坡進行保護，并保證變電站運行之后，站內地面干燥不受雨季地下水抬升的影響，根據現場實際情況并結合施工條件，對站址截排水進行了專門設計。設計思路以保護邊坡和站內排水為目的，分別在邊坡外側及站內東側設計內外兩層截水盲溝。

4.1 站外截水盲溝設計

根據現場實際情況，站區(qū)東北、東側挖方區(qū)出現大面積出水點，經各施工方案論證，最終考慮在挖方邊坡上游提前截斷出水的施工方案，利用截水盲溝導流的方式解決該處的大面積出水[12-13]。截水盲溝距邊坡坡頂外側約1.5 m，盲溝寬1.2 m，盲溝靠近站址的側壁、底部以及靠近外側底部以上500 mm鋪設雙層防滲土工膜，深度與環(huán)站址的排水溝底部相同，盲溝自下而上依次為底部300 mm厚的級配碎石——雙層土工膜——1 600 mm厚的級配碎石其中部分為大塊石——場地土(見圖3)。設計盲溝作用總長度約400 m，分為四段表現形式：

(1) 分別在朝向站區(qū)方向的盲溝內側設兩道土工膜以及繼配碎石段盲溝總長度約272.08 m。

(2) 僅鋪設碎石段引水盲溝總長度約22.65 m。

(3) 引水盲溝末端設600xH素混凝土排水明溝段長度約66.60 m。

(4) 引水盲溝末端設1000xH素混凝土排水明溝長度約38.67 m。

因受場地條件限制，同時考慮到施工隊已有邊坡的影響，站外截水盲溝深度有限，底部與邊坡坡腳高度近似，其目的主要是已有邊坡的正常運行，但因未穿透全部含水層，故不能對站內地下水起到截水作用。

盲溝施工時：首先在邊坡上游外圍挖設盲溝溝渠，將盲溝溝渠內的地下水抽排后，鋪設砂礫石墊層；然后在盲溝溝渠的內側壁下部、底部及整個外側壁上鋪設雙層防滲土工膜，在雙層防滲土工膜的底部鋪設砂礫石回填料；再在盲溝溝渠的內側鋪設碎石回填料至地下水位線以上，在碎石回填料外側與雙層防滲土工膜之間鋪設砂礫石回填料；最后在碎石回填料上方繼續(xù)鋪設砂礫石回填料，再在砂礫石回填料上方鋪設場地土回填料至地面高度，完成施工[14]。

圖3站外截水盲溝斷面圖

4.2 站內排水盲溝設計

為了不使站址東側在夏季地表陰水甚至積水和冬季結冰，給運行帶來不利或不便，站內采用盲溝排水方案。

結合站區(qū)最東側原設計南北向站區(qū)雨水管線設計一條主排水盲溝，根據該區(qū)域構支架基礎、電纜溝等布置情況，東西向設計6條分支排水盲溝(見圖4)，西至其西側道路，東接主排水盲溝，主排水盲溝在低端就近接入站區(qū)雨水井。站區(qū)內雨水干管及盲溝連接管均采用DN300鋼筋混凝土管,盲溝形式：鋼絲網框填充級配碎石。根據施工方法不同，也可采用鋼絲網骨架。

圖4站內排水盲溝平面和斷面圖

設計采用圓形中空塑料盲溝[15]，塑料盲溝是由塑料芯體外包裹濾布組式，該材料具有重量輕，施工方便，排水性好，抗壓性強等優(yōu)點在工程中得到廣泛應用[16]。盲溝施工時先開挖基槽，驗槽合格后施工管線基礎、敷設雨水管，雨水管安裝完成后，回填土分層壓實至管頂，且壓實系數不小于0.94，繞后現場加工U型鋼筋籠骨架，內壁布置兩層透水土工布，鋼筋籠骨架內填充級配碎石，加工鋼筋籠骨架頂蓋，整體成矩形鋼筋籠骨架，最后分段吊裝盲溝就位，回填土至地面標高。

5 結 論

目前，雙層盲溝設計方案已得到應用，實際效果表明，站外截水盲溝對植草袋邊坡起到了有效的保護作用，站內排水盲溝有效的降低了地下水位，站內積水通過盲溝順利排走。本次雙層盲溝設計是依據項目實際情況并結合高原地區(qū)的施工可行性提出的，施工方便，造價低廉，具有經濟實用性的特點，設計方案不拘泥于常規(guī)設計，尤其是防滲土工膜和塑料盲溝的實際應用，具有創(chuàng)新性的特點。為基巖裂隙水地區(qū)的截排水盲溝設計提供了可供借鑒的工程經驗。