新疆小山口二级电站引水渠道工程设计

丁 旭

（黄河勘测规划设计有限公司，郑州450003）

1 工程概况

小山口二级水电站位于巴音郭楞蒙古自治州境内的开都河下游和静县境内，在小山口电站（在建）下游7.5km。

小山口二级水电站为无压引水式电站，直接从小山口水电站的左岸电站厂房尾水渠引水，电站装机容量3×16.5MW。由于小山口电站尾水渠位于开都河左岸，因此小山口二级水电站引水及发电建筑物均布置在开都河左岸。经过相关技术、经济比较，小山口二级电站引水建筑物采用引水明渠，引水流量196.5m3/s，为梯形明渠，渠道总长6096.22m。

2 地形地质条件

引水渠道布置在开都河的左岸滩地及Ⅲ级阶地上，左岸滩地整体较为平坦，高程1243.0～1283.8m，Ⅲ级阶地较为开阔平坦，阶面高程1266.0～1307.0m。工程区内揭露地层为砂卵石层和砂壤土层 （厚度6.0～10.0m）和第三系（N1t）地层，主要岩性为泥质砂岩、（砂质）泥岩、砂岩互层。引水线路沿线覆盖层渗透性强，基岩具有膨胀性和冻胀性，因此，在渠道工程设计时应考虑防渗、排水、保温及抗冻胀等工程措施。

3 渠道工程设计

3.1 渠道布置

引水渠道为梯形明渠，沿开都河左岸滩地和阶地布置。渠线主要根据渠道水位沿地形高程，尽量减少占压耕地及兼顾土石方平衡等因素进行布置［1］。渠道总长6096.22m，底宽3.8m，边坡系数2，渠底纵坡1/5000，为非自动调节渠道。

3.2 断面

根据不同的地貌单元将引水线路分为两大段：

3.2.1 滩区段

渠道长2320m，呈近东西向布置，在桩号0+062.5～0+630和1+262～1+662间为挖方段， 在桩号2+112～2+173之间为填方段，其他为半填半挖段。渠底高程1272.35～1271.93m。

3.2.2 阶地段

渠道长3748m，呈东西向布置。其中桩号2+382～4+000段为挖方渠道，桩号4+000～5+300段为半挖半填段，桩号5+250～6+129.22段为填方渠道。渠底高程1271.93～1271.137m。

3.3 衬砌

3.3.1 滩区段

桩号0+062.5～1+450之间渠道渠底高程低于渠外地下水位，渠底板和护坡就易发生浮托破坏，考虑该段渠道采用渠坡暗管［2］（软式透水管）自流+渠底逆止阀排水措施降低地下水，渠坡暗管逆止式集水箱布置间距30m，渠底中心设逆止式排水阀一排，间距为10m。同时考虑该段渠前700m渠基为泥质粉砂岩和泥岩的渠段可能发生冻胀破坏，对该类渠道抗冻胀设计采用1.0m砂砾石换填［3］保温防护，铺设方式从上至下依次为衬砌板、土工膜、砂砾石层。

3.3.2 阶地段

渠道下水位均低于渠道底板高程，一般不需采取排水措施。但考虑渠内水外渗可能导致地下水位局部抬升，影响渠道检修期稳定，考虑采用排水措施，具体布置方式同滩区段渠道排水设计。同时，考虑2+350～4+650渠段渠基为泥质粉砂岩和泥岩，渠水外渗可能引发冻胀破坏，对该段渠道也采取了保温措施，设计采用7cm厚保温苯板保温防护。铺设方式：从上至下依次为衬砌板、土工膜、保温板、砂砾石垫层。

各段引水渠道均采用现浇混凝土板加复合土工膜防渗［4］的形式，渠底、渠坡0.1m厚混凝土板衬砌，纵、横向伸缩缝间距为2.5m；渠坡角处设0.5m×0.5m混凝土齿墙；沿渠道纵向每隔30m设一道0.5m×0.5m的混凝土隔墙；渠坡顶处设预制混凝土路缘石。复合土工膜［5］规格两布一膜，规格300g/0.6mm/300g，土工膜下设20mm砂浆找平层，土工膜上设20mm砂浆保护层。混凝土等级均为C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6。

3.4 渠坡防护

为了汇集和排除渠道坡面雨水，防止渠坡冲蚀危及渠道安全，需对渠道坡面进行防护。

3.4.1 渠坡防护范围及措施

渠坡防护范围包括渠道一级马道以上的二、三级岸坡。渠坡防护采用坡面排水和工程防护措施。

3.4.2 坡面防护

渠道岸坡的坡面迎水面采用空窗型浆砌石护坡，特点是自重大、抗倾覆能力强，对护坡基础的小规模变形具有高度的适应性。以14.5m×7.5m为一整体砌筑，空窗采用3.0m×3.0m布置，砌石最薄处宽0.5m，厚0.4m，埋入土中0.3m，外露0.1m。背坡采用方格型浆砌石护坡，以14.0m×9.0m为一整体砌筑，采用间距4.0m菱形布置，砌石宽0.5m，厚0.4m，埋入土中0.3m，外露0.1m。护坡均铺设在砂砾石基面上，避免暴雨情况下边坡的水土流失。

3.4.3 坡面排水

在挖方段渠道，为了有效排除降雨在渠道坡面上产生的径流，需要在坡面上设置排水沟，排水沟分横向和纵向两种，横向排水沟与渠道水流方向垂直，设置在各级坡面及马道上，间距70m；纵向排水沟与渠道水流方向平行，设置在各级马道靠近坡脚一侧，纵、横向排水沟相互贯通。

纵、横向排水沟均采用C15混凝土矩形槽，一级马道排水沟纵向宽40cm，横向宽45cm，沟深均为50cm，厚15cm；横向排水沟穿过一级马道时，在沟顶设置钢筋混凝土盖板，板长50cm，板宽75cm，厚10cm，底层设双向受力钢筋。二、三级马道排水沟宽30cm，沟深30cm，厚10cm；横向排水沟不设盖板。

3.5 渠外防护堤及安全防护

3.5.1 防护堤

为了保证渠道内的水质，防止渠道左岸洪水入渠，以及泥沙、尘土、废物进入渠道，在本挖方渠段需设置防护堤。防护堤设置在距堤顶2.00m处，防护堤高1.0m，顶宽1.0m，内、外边坡均为1∶1.75。

3.5.2 安全防护设计

3.5.2.1 防护围栏

为加强引水渠道的保护，在渠道管理范围线上布置防护围栏，围栏材料采用金属网，每隔2m设一根预制混凝土柱，柱体断面0.15m×0.15m，柱体高3m，其中埋入地面以下1.0m，柱间用金属网连接。

3.5.2.2 下渠台阶

为方便引水渠道检修，沿渠道每隔2000m设一下渠台阶，左右岸相错500m，台阶踏步从挖方渠道的一级马道或填方渠道的堤顶开始，顺坡向下布置至渠底，台阶踏步与渠道边坡衬砌混凝土结合，级宽0.3m，级高0.15m，台阶净宽1.0m。混凝土厚度0.1m，混凝土标号同渠道混凝土衬砌。

4 结语

（1）小山口二级电站地处严寒地区，引水渠道地质条件较差，覆盖层渗透性强，基岩多具有冻胀性，且挖方渠道段地下水位较高，对引水渠道的结构设计要求较高，进行渠道衬砌结构设计时，应考虑渠道防渗、保温、排水及抗冻胀等工程措施。

（2）通过文中采取的工程措施，目前水电站已经投入运行，引水渠道运行良好，取得了较好的经济效益。

［1］SL/T205—97，水电站引水渠道及前池设计规范［S］.

［2］GB50286—98，堤防工程设计规范［S］.

［3］SL23—91，渠系工程抗冻胀设计规范［S］.

［4］SL18—2004，渠道防渗工程技术规范［S］.

［5］SL/T231—1998，聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范［S］.