淺談引江濟(jì)淮工程防滲排水設(shè)計中存在的問題及解決措施

汪 清

(安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

引江濟(jì)淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水，是一項以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主，結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大型跨流域調(diào)水工程。它既是當(dāng)今標(biāo)志性的重大調(diào)水工程，也是當(dāng)代最具綜合性的戰(zhàn)略水資源配置工程，主要由引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三段組成。其中江淮溝通段承擔(dān)著向淮河輸水和打通江淮航道雙重任務(wù)，是引江濟(jì)淮工程關(guān)鍵段落。江淮溝通段渠道沿線全線總長度為155.10 km，而且江淮分水嶺段河道開挖深度較大，達(dá)46 m，渠道邊坡較大，邊坡高度大于12 m 的渠段長度約40 km。另外，江淮分水嶺段渠道的上部邊坡主要為膨脹土，下部多為遇水崩解的軟巖。換言之，該渠段地形和水文地質(zhì)復(fù)雜，極易造成雨水沖刷邊坡或因地表水入滲而導(dǎo)致膨脹土滑動變形。因此，為保障該渠道系統(tǒng)長期有效的運(yùn)行，解決其防滲排水問題成為關(guān)鍵。本文擬以江淮分水嶺段渠道0+000-48+000段為例，對其防滲設(shè)計和排水設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)研究，并提出科學(xué)合理地解決方案。

1 防滲排水工程存在的主要問題

1.1 因高邊坡材料組分引起的滲透問題

江淮分水嶺段渠道上部邊坡主要是膨脹土，下部則是遇水崩解的軟巖。膨脹土存在遇水膨脹、失水收縮等特性，因此對于膨脹土出露邊坡而言，極易因地表水入滲或雨水沖刷等作用出現(xiàn)干濕交替，進(jìn)而引發(fā)土體滑動變形。而軟巖內(nèi)部則存在高嶺石、伊利石、蒙脫石等親水性強(qiáng)的黏土礦物顆粒，當(dāng)水進(jìn)入巖石的孔隙、裂隙中時，易引起巖石發(fā)生膨脹、軟化，同時細(xì)小巖粒的吸附水膜增厚，加劇了巖石體積的膨脹，隨著含水率的循環(huán)變化，有可能引起巖石的崩解，并最終在風(fēng)化作用、土體卸載和干濕交替等共同作用下導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

1.2 渠道邊坡的排水問題

1.2.1 因邊坡高度過大引起的排水問題

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：高于6 m的堤防受雨水沖刷嚴(yán)重時，宜在堤頂、堤坡、堤腳以及堤坡與山坡或其他建筑物相結(jié)合部位設(shè)置排水設(shè)施，而江淮分水嶺段河道開挖深，渠道邊坡較大，邊坡高度大于12 m的渠段長度約40 km，故而必須在高于12 m的邊坡坡面設(shè)置雨水排水措施。

1.2.2 因地下水位高于設(shè)計輸水位引起的邊坡滲透破壞問題

江淮溝通線路除切嶺段蘊(yùn)藏一定的基巖裂隙水和上層滯水外，其他各段地下水主要為孔隙水。上層滯水、裂隙水一般無統(tǒng)一水位，其水位隨季節(jié)和補(bǔ)給情況而變化，而孔隙水又可分為孔隙潛水和孔隙承壓水。其中孔隙潛水主要分布于淺部粉質(zhì)壤土中，其富水程度受土性變化而有所區(qū)別，主要受大氣降水和地表水補(bǔ)給；孔隙承壓水主要賦存于相對隔水層以下的砂壤土、粉細(xì)砂層中，并與其附近的河、湖存在密切的水力聯(lián)系?？睖y時正值枯水季節(jié)，河水位相對較低，測得派河、天河段鉆孔水位高程為5.78～22.90 m，切嶺段水位高程為33.90～51.10 m，東淝河段鉆孔水位高程為16.09～26.0 m?？睖y結(jié)果表明，該渠段附近地下水位均高于附近河水位，呈現(xiàn)出地下水補(bǔ)給河水的關(guān)系，沿線交叉河渠的河道水均需匯入輸水渠道內(nèi)，不具備自流外排的條件，故全渠段采用自流內(nèi)排方式。

另一方面，由于地下水位高于渠底板和設(shè)計輸水水位，且埋深僅有1～2 m，在運(yùn)行期或施工完建期邊坡后方的地下水揚(yáng)壓力較大，對換填土和護(hù)砌不利，容易發(fā)生滲透破壞，故而需要及時卸載邊坡后方的水壓力。

2 防滲排水有效措施

2.1 對膨脹土出露邊坡設(shè)置防滲設(shè)計方案

高邊坡尤其是膨脹土邊坡的穩(wěn)定事關(guān)施工期和運(yùn)行期人員和船只安全，必須引起高度重視。根據(jù)膨脹土特性，為防止邊坡膨脹土因干濕交替而產(chǎn)生變形，穩(wěn)定邊坡內(nèi)突然含水率，對膨脹土出露邊坡，提出全線采用換填水泥、換填改性土等處理措施，防止地表水入滲導(dǎo)致膨脹土體滑動變形。

2.2 對邊坡較高的坡面設(shè)置雨水排水設(shè)施

結(jié)合工程特點(diǎn)，擬定在邊坡高度大于12 m且坡級為3級及以上坡面設(shè)置雨水排水設(shè)施，主要包括坡面截水溝及排水溝，其平面布置圖如圖1所示。

圖1 坡面排水設(shè)施平面布置圖

2.2.1 截水溝設(shè)計

考慮到江淮溝通段渠道邊坡多為膨脹土，不適宜采用蓄水型截水溝，故采用排水型截水溝的少蓄多排型。對于該種類型的截水溝而言，暴雨產(chǎn)生的坡面徑流小部分蓄于溝中，大部分排出。根據(jù)設(shè)計頻率暴雨坡面最大徑流量，并采用明渠均勻流公式計算得到截水溝斷面尺寸。初步擬定坡頂及馬道上截水溝溝底寬0.5 m，溝深0.4 m，斷面形狀采用矩形斷面。截水溝典型斷面如圖2所示。

圖2 截水溝典型斷面

截水溝分別布置在一級及以上平臺沿平臺內(nèi)側(cè)、挖方段坡頂管護(hù)道路兩側(cè)以及填方段坡頂外側(cè)。其中坡頂管護(hù)道路兩側(cè)截水溝底部采用φ110 PVC排水管連通，間距設(shè)置為3.0 m，因坡頂截水溝高程隨坡頂高程變化而變化，所以在坡頂截水溝順?biāo)飨蛎扛?0 m設(shè)一道小土，小土高為0.2 m。坡面布置的截水溝均采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，溝底寬0.5 m，溝深0.4 m，厚度為0.20 m。

2.2.2 排水溝設(shè)計

根據(jù)設(shè)計頻率暴雨坡面最大流量，并采用明渠均勻流公式計算得到排水溝斷面尺寸。兼顧預(yù)制格式生態(tài)護(hù)坡要求，豎向排水溝間隔26.7 m布置一道。布置的排水溝均采用C20混凝結(jié)構(gòu)，溝底寬0.4 m，高0.2 m，壁厚0.15 m。典型斷面如圖3所示。排水溝上部與坡頂外側(cè)截水溝連接，下部高程位于一級平臺以下1.0 m。

圖3 排水溝典型斷面

2.3 為調(diào)整坡后水壓力設(shè)置滲排水設(shè)計方案

由于河道所處的位置地下水位較高，埋深僅1～2 m，邊坡后方的水壓力較大對邊坡穩(wěn)定不利，需要及時卸載邊坡后方的水壓力，為此在膨脹土與換填水泥土之間設(shè)置排水盲溝、三維排水網(wǎng)等排水設(shè)施進(jìn)行坡內(nèi)排水。在中風(fēng)化巖邊坡坡面噴射混凝土防護(hù)時埋設(shè)φ80PVC排水導(dǎo)管排水。坡內(nèi)滲排水設(shè)施平面布置如圖4所示。

圖4 坡內(nèi)滲排水設(shè)施平面布置圖

根據(jù)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》要求，用作反濾、排水的土工織物應(yīng)具有保土性、透水性與防堵性。因此，設(shè)置坡面的反濾排水材料為內(nèi)支撐式塑料排水盲溝，外包裹土工布。其中，土工布規(guī)格為200 g/m2土工布，塑料排水盲溝順坡向直徑采用150 mm，垂直坡向直徑采用200 mm。導(dǎo)滲盲溝結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 導(dǎo)滲盲溝結(jié)構(gòu)圖

布置滲排水措施時尚需考慮渠道邊坡的材料類型，對于膨脹土邊坡而言，在一級以上邊坡鋪設(shè)φ150內(nèi)支撐式塑料排水盲溝，如圖5a所示，盲溝平面上采用Y形布置，上部斜向45度，豎向間距20.0 m。在每階平臺處設(shè)置縱向排水盲溝，溝內(nèi)鋪設(shè)φ200內(nèi)支撐式塑料排水盲溝，如圖5b所示，并以間距2.0 m布置一根φ80PVC排水管，將盲溝中的滲水導(dǎo)入平臺截水明溝內(nèi)。同時，邊坡若有集中滲水點(diǎn)，在滲水點(diǎn)處打入長5.0 m的φ80PVC開孔排水管。而對于崩解巖邊坡而言，宜在中～微風(fēng)化巖邊坡坡面噴射混凝土防護(hù)時埋設(shè)長0.2～0.7 m的φ80PVC開孔排水管排水，并初擬間距2.5 m，具體間距及位置視開挖面出水點(diǎn)情況確定。

3 結(jié)束語

引江濟(jì)淮工程江淮分水嶺段渠道的地形和水文地質(zhì)復(fù)雜，極易因雨水沖刷或地表水入滲等原因造成膨脹土邊坡失穩(wěn)。本文對該渠道0+000-48+000段真實(shí)面臨的主要問題進(jìn)行了分析，因地制宜地提出了相應(yīng)的解決方案，并設(shè)置了一系列防滲、排水設(shè)施。該研究結(jié)果可為后續(xù)工程或其他類似工程提供一定的借鑒價值。