山體滲水區(qū)域渠道維修加固工程設(shè)計(jì)淺析

田雨欣，郭 威

（1.溫州市珊溪水利樞紐管理中心，浙江 溫州 325000；2.溫州市水利電力勘測設(shè)計(jì)院，浙江 溫州 325000）

1 引言

渠道是十分重要的輸送水構(gòu)筑物，其防滲效果對水資源利用效率具有較大的影響[1-2]。渠道在長期使用過程中受到水流沖刷等多種因素影響會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損[3-4]。針對這一部分渠道進(jìn)行維修加固是十分必要的。山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，基巖裂隙水較為豐富，對渠道防滲加固處理工程設(shè)計(jì)影響極大。本文結(jié)合甌江翻水站維修加固工程，對山體滲水區(qū)渠道加固工程設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

2 工程概況

油岙-金旦段明渠全長1.1 km，滲漏問題較為嚴(yán)重，滲漏的主要原因有兩個(gè)：（1）渠道自身面板破損開裂產(chǎn)生的滲漏；（2）渠道山體側(cè)山體地下來水造成的滲漏。其中穿村莊470 m 段滲漏水多從渠道山體側(cè)房屋底部穿過?，F(xiàn)場選取一段面板高壓水槍沖洗后，明顯發(fā)現(xiàn)山體側(cè)面板裂縫多于村莊側(cè)面板，可見地下水作用是渠道面板產(chǎn)生裂縫的主要原因之一。由于渠道與土層間原滲漏通道受阻，強(qiáng)降雨期間高地下水位作用將會(huì)對渠道底部產(chǎn)生頂托作用，易產(chǎn)生抗浮穩(wěn)定問題，因此本次除了需要解決渠道自身滲漏問題，還需解決地下水對渠道頂托的問題。

3 渠道維修加固方案比選

3.1 常用加固方案

解決山體地下水對渠道面板頂托的主要途徑有兩個(gè)：一個(gè)是“排”，一個(gè)是“堵”?！芭拧?，即疏導(dǎo)，就是將山體側(cè)來水及時(shí)排出去，降低地下水位，常見的處理方法有設(shè)置截水溝、排水孔、集水井、逆止閥等?！岸隆?，即攔截，隔斷地下水從渠道底部滲流的通道，常規(guī)的截滲方案有帷幕灌漿和設(shè)置地下連續(xù)墻、水泥土咬合樁等。但是“堵”要有“排”相配合，降低滲壓，否則山體側(cè)來水匯集，引起單邊滲透壓力增大，對邊坡整體安全穩(wěn)定將會(huì)造成不利的影響。截滲墻不宜布置在渠道村莊側(cè)，因?yàn)槿艚貪B墻位于渠道村莊側(cè)渠頂?shù)缆范?，無排水設(shè)施的話，不僅影響整體穩(wěn)定，而且較大的滲壓會(huì)引起渠道底板發(fā)生頂托破壞。

3.1.1 方案一：豎向排水降水法

考慮兩種做法：一種做法是在渠道村莊側(cè)沿渠頂?shù)缆吩O(shè)豎向排水孔，渠頂設(shè)集水總管，采用水泵集中抽排方案。局部山體側(cè)有施工條件的渠段可考慮采用雙排排水孔。排水布置見圖1。另一種做法是在山體側(cè)沿渠道全程打排水井，渠頂設(shè)集水總管，采用水泵集中抽排方案。第一種做法不考慮排水井原因是渠頂?shù)缆穼挾认拗仆ㄐ屑靶枨?、減少施工對周邊房屋的影響，第二種做法不采取排水孔的主要原因是局部場地受限，不滿足排水孔布置間距要求。

圖1 方案一——豎向井點(diǎn)排水孔降水法

3.1.2 方案二：水平向排水孔降水法

擬在民房附近的渠段兩側(cè)設(shè)置兩排排水孔，一排孔布置在渠道山體側(cè)，排水孔孔口設(shè)于明渠內(nèi)側(cè)高于渠內(nèi)最高水位50 cm 處，排水孔孔徑Ф110 mm，間距4 m（排水孔可看現(xiàn)場情況適當(dāng)加密），孔深2.5 m；另一排孔布置于渠道另一側(cè)，臨近民房，排水孔孔口高度低于渠底高程1 m，排水孔孔徑Ф110 mm，間距4 m（排水孔可看現(xiàn)場情況適當(dāng)加密），孔深14 m。成孔后，孔內(nèi)埋設(shè)安裝引排水管。孔口排水溝連接，引至低處。剖面布置見圖2。

圖2 方案二——水平向排水孔降水法

3.1.3 方案三：設(shè)深截水溝方案

渠道左側(cè)由于多處房屋距離渠道較近，無條件開挖形成截水溝，故考慮在山體側(cè)開挖截水溝，具體布置圖3。

圖3 方案三——設(shè)置深截水溝

3.1.4 方案四：拆除現(xiàn)狀面板，渠底設(shè)排水管、集水井集中匯排方案

考慮渠道現(xiàn)狀面板較薄弱，面板補(bǔ)強(qiáng)方案設(shè)計(jì)使用年限相對較短。本方案考慮拆除現(xiàn)狀面板，將襯砌混凝土厚度加厚至0.35 m，渠道底部增強(qiáng)和完善集水、排水系統(tǒng)，布置集水井、排水管，將來水及時(shí)外排，降低邊坡后側(cè)水位，減少水壓力的不利影響。

圖4 方案四——新建渠道、渠底地下水集中匯排

3.1.5 方案五：設(shè)置逆止式排水系統(tǒng)

渠底和山體側(cè)坡面設(shè)置排水閥，逆止閥橫向布置3 排，渠底布置2 排，山體側(cè)坡面1 排（距渠底高0.5 m），縱向間距2.5 m，梅花形布置。逆止閥內(nèi)接直徑110 mmPVC 花管，管長≥1.5 m，以管端部進(jìn)入碎石層為準(zhǔn)，花管開孔率不少于30%，管內(nèi)填充粗砂石濾料，管外部及端部包裹兩層反濾土工布。

圖5 方案五逆止閥布置斷面圖

3.1.6 方案六：截滲方案

在山體側(cè)考慮攔截地下水，打防滲墻/帷幕灌漿孔，同時(shí)在渠道村莊側(cè)設(shè)置地下水抽排設(shè)施。具體布置見圖6。

圖6 方案六——新建渠道、渠底地下水集中匯排

3.2 方案比選

對上述各方案進(jìn)行對比分析，各方案優(yōu)缺點(diǎn)見表1，綜上可知，考慮工程區(qū)復(fù)雜的地形、地質(zhì)條件及與周邊建筑物的相關(guān)位置關(guān)系，上述各方案均有優(yōu)缺。防滲效果最好的是方案四；政策處理難度最小，無需額外征地的是方案一、方案五；方案二、三、六涉及征地、房屋拆除等，政策處理難度較大。不受斷水時(shí)間影響的是方案一、方案二、方案三、方案六。考慮到政策處理難度以及排水效果，經(jīng)綜合比選，決定采用方案四和方案五相結(jié)合的實(shí)施方案。

表1 各維修加固方案比選

4 渠道加固工程設(shè)計(jì)

4.1 排水系統(tǒng)布置

沿渠底偏向山體側(cè)切槽，橋下偏移至開挖不影響現(xiàn)狀橋梁安全為準(zhǔn)，其余段考慮施工開挖過程渠道斜坡的安全穩(wěn)定，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)向渠道中心線偏移一段距離。切槽寬度約1.5 m，開挖渠底形成底寬約0.7 m，深約1.0 m 的縱向貫通槽；槽內(nèi)布置外徑60 cm 無砂混凝土透水管，管外一層無紡?fù)凉げ?，槽?nèi)管周回填碎石料。

沿渠道設(shè)排水口集中外排，外排采用外徑60 cm、內(nèi)徑50 cm的C30 鋼筋砼管，底部鋪設(shè)20 cm 厚素砼墊層，鋼筋砼管與無砂管銜接處設(shè)置C30 鋼筋砼集水井。排水口布置考慮方便地下水外排，充分利用村莊現(xiàn)狀排水管設(shè)施，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選定兩個(gè)集中外排位置。

沿渠道右岸斜坡段距渠底1.0 m 處設(shè)置一排逆止閥，平均間距3.0 m，局部可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)加密。逆止閥下接直徑11 cmPVC 花管，管長L≥1.0 m，以管端進(jìn)入碎石層為準(zhǔn)，花管外部及端部包裹一層無紡?fù)凉げ?；逆止閥與渠道襯砌間縫隙采用903 聚合物砂漿填充，確保銜接處不漏水。切槽區(qū)及現(xiàn)狀底板破損區(qū)采用C15 素砼墊層。渠底在現(xiàn)狀底板基礎(chǔ)上增設(shè)15 cm 厚C30 鋼筋砼底板，新增底板配筋采用雙向雙層直徑為12 mm 的HRB400 級(jí)鋼筋，鋼筋間距200 mm。渠道斜坡面板采用原面板補(bǔ)強(qiáng)方案。

4.2 逆止閥選型

逆止閥選型應(yīng)具備如下基本條件：安裝簡單，出水靈敏度高、止水性能好，便于檢修和更換，無毒，清淤簡便，耐久性好。

逆止式止水箱埋置于渠道襯砌以下的排水通道，檢修困難、施工過程質(zhì)量不易保證等問題。本工程為現(xiàn)狀渠道的維修加固，逆止式止水箱布置需破壞現(xiàn)狀渠道面板，因此不宜采用該種型式。

橡膠緩閉鴨嘴閥作為逆止閥時(shí)，在高水壓差下易擠壓變形，無法止水。

拍門式逆止閥止水性能較差，易淤堵，不應(yīng)安裝在豎向布置的排水減壓管中。

球式止逆閥止水和排水性能良好，但易淤堵，長期高水頭差下易漏水變形，不應(yīng)安裝在水平布置的排水管中。

壓差放大式逆止閥開啟和關(guān)閉只通過壓差控制、無需任何外力，無方向性要求；采用壓差放大式結(jié)構(gòu)和弧形接觸止水方式，靈敏性高；有專門防淤堵結(jié)構(gòu)，并考慮了產(chǎn)品的疲勞破壞問題，防淤堵性能好，長期性能穩(wěn)定。在南水北調(diào)中線工程陶岔至沙河南段渠道工程和荊江航道整治工程岸坡水平排水等中有應(yīng)用，工程運(yùn)行狀況良好。

經(jīng)對上述幾種逆止閥性能及布置方式進(jìn)行對比分析，本次推薦采用壓差放大式逆止閥。

5 結(jié)論

甌江翻水站山體滲水段明渠維修加固工程處理難度大，基巖裂隙水較為發(fā)育，對渠道穩(wěn)定性影響較大。結(jié)合工程實(shí)際情況，考慮截、排措施，共選取了6 種渠道維修加固方案，考慮到政策處理難度以及排水效果，經(jīng)綜合比選，決定采用方案四和方案五相結(jié)合的實(shí)施方案。通過對5 種逆止閥特征進(jìn)行分析，壓差放大式逆止閥在本工程中較為適用。