黔中水利枢纽工程傍山渠道设计及优化

张 健

黔中水利枢纽工程傍山渠道设计及优化

张 健

黔中水利枢纽工程渠道流量及断面大，线路长，穿越地层多，岩溶、裂隙发育，地质结构复杂，傍山渠道较多，大部分傍山渠道位于村寨上游，失事后对下游危害严重。通过多次委托专业咨询单位的技术咨询，以及对局部垮塌渠道的原因分析及修复方案，对傍山渠道的断面型式、衬砌结构、排水体系、边坡支护、挡墙材料等设计进行了合理化建议。

黔中水利枢纽工程 傍山渠道 设计

黔中水利枢纽工程总干渠长63.4 km，其中明渠40段，长21.6 km；桂松干渠84.8 km，其中明渠78段，长40.5 km；明渠总长62.1 km（128段），为典型山区傍山渠道[1]。

1 渠道地形地质条件

1.1 地形条件

黔中水利枢纽工程位于云贵高原中西部第一、二阶梯过渡台地，长江流域与珠江流域的分水岭地带，渠道经过峡谷和宽谷相间地貌，地面高程1 150～1 500 m，渠道底板高程1 300～1 240 m，存在山高、坡陡、地形起伏变化大等特点[2]，地形条件复杂。

1.2 地质条件

渠道经过区地层从泥盆系到第四系均有出露，主要分布有白垩系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系等地层，岩性以碳酸盐为主，间夹碎屑岩、峨眉山玄武岩及煤和白垩系砾岩等，沿线主要以岩基为主，局部掺杂覆盖层较深的土基，基岩风化严重，风化深度大。

2 渠道设计

2.1 渠道断面设计

渠道设计过水断面采用等腰梯形、直角梯形、矩形等型式，以矩形断面为主。总干渠设计流量为22.742～15.345 m3/s，水力纵坡为1/4 500，渠道断面宽高比0.7～0.8[3]，过水断面4.9 m×4.85 m～4.25 m×4.2 m（B×H），设计流速1.346～1.219 m/s；桂松干渠设计流量为14.408～4.027 m3/s，水力纵坡为1/5 000，渠道断面宽高比0.7～0.8，过水断面4.05 m× 4.123 m～2.3 m×2.4 m （B×H），设计流速 1.152～ 1.017 m/s，见图1。

图1 傍山渠道典型横断面图（单位：mm）

2.2 渠道防渗设计

为减少输水损失，降低渠道糙率，防止渠道冲刷破坏等，渠道防渗材料采用C15混凝土衬砌(一级配细石混凝土、抗冻等级为F50、抗渗等级为W6)，衬砌厚度100 mm，采用钢模板现场浇筑。渠道衬砌超高值按GB 50288—1999规定，取设计水深加0.5 m超高，并高于加大流量水深0.1 m。

2.3 渠道基础及边坡处理

渠道开挖后，遇溶沟、溶槽、局部坍塌或成渠较差的渠段采用C10混凝土砌毛石回填；遇软土质基础进行清挖后，采用C10混凝土砌毛石回填或强夯碎石垫层。

土质边坡采用1∶1开挖，强风化及软质岩采用1∶0.75开挖，边坡上部采用挂网喷混凝土结合锚杆支护；弱风化及硬质岩采用1∶0.5开挖，对切向坡、逆向坡采用喷混凝土封闭，同时根据具体的地层及倾角设置锚杆等支护措施；在边坡较高时，适当位置设置排水孔，以排泄边坡内侧山体的地下水，采用设置在坡顶的排水沟排泄地表水。

2.4 渠道伸缩缝设置

渠道每隔8 m设置1道横向伸缩缝，并在转弯、渐变段起始位置、地质条件变化以及结构变化处增设1道伸缩缝；由于渠道宽度较大，在渠底距边墙50 cm的底板左右各设置1条水平纵向伸缩缝。缝宽2.0 cm，缝前迎水面充填2.0 cm厚的M10水泥砂浆保护层，缝内充填3.0 cm厚的无毒双组分聚硫密封胶。

3 渠道垮塌、变形原因

2014年汛期工程区普降暴雨，导致已完工的渠道局部发生垮塌、挡墙沉降及变形，为了全面分析破坏原因和掌握已完工衬砌段的实际运行情况，组织相关单位进行了联合调查，除713 m渠道已垮塌外，还有3 223 m已衬砌渠道存在潜在破坏的可能性。经多次召开专题会议讨论，认为渠道跨塌、变形的主要原因有：一是降雨，工程区普降暴雨，导致山体内外水压力增大，挤压渠道；二是渠道基岩风化严重，岩体破碎，稳定性差；三是渠道内外排水系统不畅和不完善，雨水下渗直接作用于渠道；四是边坡支护措施不够，边坡变形挤压渠道造成破坏；五是施工不规范，未严格进行爆破控制，渠顶随意堆放渣料等。

4 渠道设计存在问题

4.1 渠道垂直开挖难度大，超挖严重

渠道沿线出露地层虽为基岩，但受地类表水侵蚀严重，以及溶沟溶槽和节理裂隙的影响，风化深度较大，岩体破碎，渠道内侧边坡无法按设计垂直开挖成型，超挖严重。超挖后采用C10混凝土砌毛石进行回填，在防渗混凝土与开挖面间形成上大下小的倒三角楔形体，对100 mm的防渗混凝土形成潜在的不安全因素，增大崩塌的风险。

4.2 防渗混凝土厚度较小，直立结构稳定性差

渠道最大衬砌高度4.85 m，采用 100 mm厚C15的防渗混凝土直立衬砌，厚高比为0.021，为超薄壁结构混凝土。防渗混凝土与岩基间仅靠相互间的摩擦粘结及咬合作用，通水前易受墙后地下水的影响出现混凝土崩塌，通水后在水的作用下反复挤压易使混凝土与岩基出现空鼓塌落。

4.3 排水措施简单，排水效果欠佳

在靠山侧开挖边坡下缘的渠顶位置设置挡水坎形成300 mm×300 mm的简易排水沟，部分坡面排水通过渠顶下渗入防渗混凝土与岩基接触面间，同时渠顶以下边坡渗水仍处于防渗混凝土与岩基接触面间，增大衬砌混凝土失稳风险。

4.4 边坡支护措施单一，针对性不强

边坡采用素喷混凝土、挂网喷混凝土和挂网锚喷混凝土3种型式，部分边坡出现开裂、隆起破坏，特别是多数土坡出现边坡坍塌；部分渠段由于边坡坍塌造成渠道变形。

4.5 挡墙质量控制难

渠道挡墙采用C10混凝土砌毛石，混凝土作为胶凝材料直接与毛石胶结需通过振动棒进行振捣，易出现振捣不及时、不到位和墙体两侧混凝土跑料问题，施工质量不易控制。

5 渠道设计优化建议

根据水利部水利水电规划设计总院和中国水利部建设管理与质量安全中心对渠道设计的技术咨询意见，并结合渠道破坏段的原因分析及修复方案，为了实现渠道施工简单、方便、质量好控，以及后期的运行安全，建议如下。

5.1 渠道断面

由于山区基岩风化严重，垂直开挖难度大，渠道宜采用梯形断面[4]，并根据出露基岩的完整性，选择不同的开挖坡比，同时结合渠道施工的通行要求，合理确定渠道底板宽度。

5.2 防渗结构

采用贴坡混凝土衬砌，厚度应结合渠道的高度取值，大型渠道建议15～20 cm，并根据岩基风化情况在渠道内侧墙设置锚杆（土基可设置玻璃钢锚杆）、插筋、钢筋网，底板设置插筋；土质渠道采用土工膜与土工格室混凝土防护板组合结构[5]。

科研经费绩效评价是对科研项目经费支出的效益和效率进行的客观评价。高校每年都有巨额的科研项目经费支出，而且这部分费用每年都在递增，那么如何将科研项目经费使用得最合理、效益最大化就尤为关键。目前各高校对于科研项目的验收主要停留在科研项目的成果上，而很少关注科研项目经费使用的绩效考评，这导致了部分项目结束后，科研经费有结余可项目还没有结题，或者已经结题了却没有去财务部门办理相关手续，导致结余科研经费长期挂帐，甚至个别项目负责人将经费挪为他用。

5.3 排水系统

通过渠顶排水沟的拦截、渠内排水盲管的堵排和轻型井点排水[6]减降相结合，形成完整排水体系。对于高地下水位渠道，一是在侧墙内埋设竖向减压盲管，盲管顶部与渠顶排水沟连接，渗水通过沿渠道纵向布置的集中排水盲管排出渠道；二是在内侧墙设置排水盲沟横跨渠底排向渠道外侧。

5.4 边坡支护

针对沿线渠道出露基岩和边坡大小，除选用喷混凝土、挂网喷混凝土和挂网锚喷混凝土支护外，必要时应设置网格架、挡墙、抗滑桩及草皮护坡等支护，应特别关注土质边坡支护。

5.5 挡墙材料

为了便于施工质量控制和节省人工投入，渠道挡墙应优选施工工艺成熟的浆砌石、埋石混凝土或素混凝土。

5.6 渠顶盖板

为了保护水质，减少水面蒸发，增加渠道刚度和稳定性，在技术可行和资金允许的条件下，可以在渠顶增设混凝土盖板。

6 结语

山区傍山渠道的地质条件和地形条件都比较复杂[7]，存在开挖成型难度大，防渗衬砌结构复杂；开挖断面大，边坡高；地下水位高，排水系统工程量大；渠道位于村寨及相关设施上游，失事后对下游危害严重。为了确保渠道的运行安全，多次组织专业资询单位进行设计技术咨询，并通过对2014年汛期后局部渠道垮塌原因的分析，对傍山渠道断面型式、衬砌结构、排水体系、边坡支护、挡墙材料等设计提出了系统的合理化建议，可供类似工程参考。

[1]宋怀春.山区渠道特点及防渗措施[A].第十三届全国水动力学研讨会文集[C].北京：海洋出版社，1999，194-195.

[2]张健.黔西南山区长距离大型调水工程建设存在的问题及对策[J].中国水利，2014(6)∶49-51.

[3]蒙进，向国兴.山区傍山渠道实用经济断面形式浅析[J].贵州水力发电，2007(3)：61-63.

[4]曹政权，齐广平，裴兵，等.几种防渗渠道断面的比较分析[J].甘肃农业大学学报，2006(5)∶134-136.

[5]袁安丽，邱静，孙景路.大型渠道防渗与防护新技术方案研究[J].黑龙江水专学报，2001(4)：49-50.

[6]董勤瑞.混凝土衬砌渠道的排水技术[J].水利水电技术，1990(8)∶45-50.

[7]兰光裕，杨荣芳.贵州山区长距离管道输水的现状与对策[J].水利发展研究，2010(12)：59-62.

表1 6#路边坡岩体物理力学指标

表2 6#路边坡稳定计算成果

5 高边坡安全监测

戈兰滩水电站边坡安全监测包括边坡表面位移监测控制网和深部监测2个层次。表面位移利用全站仪进行，同时各边坡选择不少于2个典型观测断面，沿不同高程布置多点位移计、测斜孔和地下水位观测孔，监测边坡深部位移和地下水位的变化，对锚索区，选取一定数量的锚索，安设锚索测力计，监测锚索的受力状况。

6 结语

戈兰滩水电站在结合地形和地质条件、边坡性质及运用要求基础上，通过计算分析，对边坡采用挂网喷护混凝土，系统锚杆、预应力锚索、抗滑桩、格构梁等综合措施防护；局部采用加强锚杆、锚筋桩加固；对破碎带或边坡较破碎时，采用喷锚及相应的排水、降压措施；左右坝肩和厂房后边坡岩体内设有排水洞和排水幕；对于土质边坡尽量采用生态护坡措施如三维植被网或框格梁内植草等，取得了较好的治理效果。工程经7年多的运行考验，边坡变形未发现异常，运行状况良好。

作者简介

耿振云 男 教授级高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

李鑫淼 女 工程师 天津市水务工程建设管理中心天津 300204

张军劳 男 教授级高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

（收稿日期 2015-08-18）

TV672

B

1007-6980（2015）04-0003-03

2015-08-26）

张 健 男 高级工程师 贵州省水利投资（集团）有限责任公司 贵州贵阳 550003