恰木萨水电站输水渠道基础处理研究

陈 刚

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

恰木萨水电站是叶尔羌河下游河道规划梯级开发中的第2级电站，为径流式电站，采用引水式开发，开发任务是水力发电。

本工程的特点是大流量低水头电站，输水渠道引水流量365 m3/s(其中发电引用流量358 m3/s)，水轮机额定水头为63.50 m，发电引水系统规模较大。输水渠道长11.48 km，纵坡1/5000，渠深7.40 m，由岩石段和砂砾石段组成，岩石段渠道底宽19.50 m，内边坡1∶1，砂砾石段渠道底宽15.00 m，边坡1∶2。输水渠道基础处理主要针对砂砾石段进行。

2 渠道基础湿陷性粉土处理方案比选

2.1 渠道地质情况

输水渠道位于叶尔羌河左岸山前洪积平原上，上部为第四系上更新统-全新统洪积层(Q3-4pl)，主要以含砾(砂)低液限粉土为主，最大厚度29.0 m，局部夹含土砂砾石透镜体，结构中等密实。含土砂砾石多以透镜体状分布，纵横向厚度均有变化，最大厚度17.5 m，分布无规律，局部段连续出露，长度200～400 m不等；洪积层下部为第四系中更新统冲积砂砾石层，结构密实，具微胶结现象；其表部为一层分布连续的含砾砂层，为良好的持力层。渠道沿线粉土均属非自重湿陷性土，渠基粉土湿陷系数随埋深减小的规律不明显，深度0～24 m范围内粉土均具有弱-中等湿陷性。

2.2 基础处理方案拟定

对湿陷性黄土基础的处理，通常采用的方法有：预浸水法、强夯法、灰土挤密桩法、翻夯法及垫层法(或换填法)[1-2]。针对恰木萨水电站引水渠道渠基等主要部位出现的湿陷性黄土分别从技术经济方面进行比选。根据分析统计，具有湿陷性的引水渠道长约6.525 km，填方渠道的影响宽度 51～105 m，挖方渠段的影响宽度68 m。可能采取的处理方案：预浸水法、强夯法、换填法。

2.3 方案比选

预浸水法、强夯法、换填法的比选结果见表1。

经比较：浸水法施工最简单，工程投资最省，经济上较合理，但浸水法要求的施工时间较长；强夯法施工较简单，投资较低，对湿陷性黄土处理深度有限，南水北调工程处理深度6 m；换填法施工简单，虽然工程投资最大，但能保证工程质量。因此，湿陷性黄土处理推荐采用换填法，基础处理全部采用砂砾石换填。

表1 渠道湿陷性黄土处理方案比较表

3 输水渠道结构设计

3.1 输水渠道断面设计

渠道底宽15 m，渠深7.4 m，纵坡1/5000，内边坡1∶2。深挖方渠段超过堤顶以上部分开挖边坡为1∶1.75，超过堤顶的部分每10 m高设2 m宽的马道。填方渠段外边坡为1∶1.75，填方高度大于10 m时每10 m高设2 m宽的马道[3]。

3.2 输水渠道防渗设计

渠道防渗采用C20、F300现浇混凝土板护砌，底板厚120 mm，边坡厚120～100 mm，混凝土板下为两布一膜(250 g/0.6 mm/250 g)的防渗层，膜下部设一道砂浆垫层(找平层)，厚度为30 mm。渠道底板两侧设现浇混凝土纵梁，宽500 mm，深500 mm。沿渠道水流方向每50 m设一道现浇混凝土隔墙，宽300 mm，深500 mm。渠沿石采用C20、F200预制混凝土，长宽高为500 mm×100 mm×300 mm。现浇混凝土板分块尺寸3 m×3 m，缝宽20 mm，采用聚氨酯砂浆勾缝；渠道顶部设封顶板，尺寸为500 mm×500 mm×60 mm。

3.3 渠道填筑设计

砂砾石填筑根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》中关于非冻胀土的要求，严格控制换填料中粒径小于0.05 mm的土重占总土重的比例不大于6%，以保证换填砂砾料的防冻要求。参照已建类似工程的设计、施工经验，确定本工程渠道砂砾石填筑的压实标准，相对密度Dr≥0.85。

3.4 渠顶宽度设计

输水渠道长度较长、流量较大、地形较复杂，基本上渠堤无巡渠路，考虑渠道运行管理，遇突发事故，便于维护抢险，在渠道右侧布置检修维护道路，确定渠道堤顶左侧挖方段宽3 m、填方段宽4 m，右侧宽6 m。

3.5 渠道挖方及填方段边坡处理

当渠堤外边坡高度超过10 m，从渠堤高程开始，每10 m高设2 m宽马道。当渠堤与原地面高差大于5 m时应处理，采取在坡上埋设混凝土网格，网格内回填黄土的方式对外坡进行防护。

3.6 渠道基础处理

渠道基础低液限粉土全部清除至砂砾石层、含土砂砾石层，采用砂砾石换填，压实相对密度Dr≥0.85，换填砂砾料不使用细砂和粉细砂，粒径小于0.075 mm的土粒质量不大于总质量的10%。

3.7 表层清废

清除表层含砾砂层、洪积粉土、粉细砂层、含植物根系的松散砂石层、淤泥等较为松散土层，清基深度不小于0.6 m。

3.8 渠道两岸防护设计

为防止牲畜掉入输水渠道中，在渠道两侧征地范围内设置防护铁丝网。

4 现场渠道基础处理方案的调整

4.1 现场渠道基础处理方案

根据现场地质变化情况，从工程运行安全、投资等方面综合考虑，对渠道基础处理措施拟定两个方案进行比选。

方案一：渠道基础湿陷性粉土全部挖除，采用砂砾石换填，渠道衬砌结构及防渗形式不变。渠道防渗采用现浇混凝土板护砌，混凝土板下为两布一膜的防渗层，膜下部设一道砂浆垫层(找平层)，厚度为30 mm(图1)。

方案二： 渠道基础以下湿陷性粉土厚度小于10 m时，将粉土层全部挖除，采用砂砾石换填；渠道基础以下湿陷性粉土厚度大于10 m时，只挖除渠道基础以下10 m范围内粉土层，采用砂砾石换填。并加强渠道防渗措施，渠道防渗采用现浇混凝土板护砌，混凝土板下铺设两层防渗膜，即两层两布一膜，膜下部设一道水稳层，厚度为200 mm(图2)。

图1 渠道典型横断面图(方案一)

图2 渠道典型横断面图(方案二)

4.2 方案比较分析

对上述两个方案从输水渠道工程运行安全、施工工期、工程投资等方面进行综合分析比较。

(1)从输水渠道工程运行安全分析，方案一将渠底以下湿陷性粉土全部挖除，采用砂砾石换填处理，从根本上解决了粉土湿陷性问题，确保了渠道基础稳定；方案二渠道底高程以下10 m范围内粉土层全部挖除换填砂砾石，由原设计一层两布一膜改为两层两布一膜，并将30 mm砂浆垫层调整为200 mm厚水稳层，加强了渠道的防渗措施，以减小渗漏，并提高了渠道结构安全可靠度。因此，两方案均是可行的。

(2)从工程量及施工工期分析，方案一渠底以下湿陷性粉土全部挖除并换填砂砾石，开挖量、换填砂砾石工程量较大，且增加了弃料，弃渣场规模较原设计增加，并增加了工期；方案二渠道底高程以下10 m范围内粉土层全部挖除换填砂砾石，加强渠道防渗措施，方案二开挖量、换填砂砾石工程量较方案一小，其弃料及工期与原设计方案接近，但两布一膜工程量较方案一大。

(3)从工程投资分析，方案二较方案一投资少1255万元。

综上所述，推荐方案二。

5 结 语

通过总结大流量渠道失事的经验教训，制定本设计方案，使得渠道基础湿陷性粉土得以处理，并且加强了渠道的稳定及防渗措施，为渠道安全运行提供了保障。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.湿陷性黄土地区建筑规范：GB 50025—2004[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2] 杨晋营.湿陷性黄土地区渠道基础处理及防渗措施[J].水利规划与设计，2004(3)：61-64.

[3] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水电站引水渠道及前池设计规范：DL/T 5079—2007[S].北京：中国电力出版社，2007.