山体渗水区域渠道维修加固工程设计浅析

田雨欣，郭 威

（1.温州市珊溪水利枢纽管理中心，浙江 温州 325000；2.温州市水利电力勘测设计院，浙江 温州 325000）

1 引言

渠道是十分重要的输送水构筑物，其防渗效果对水资源利用效率具有较大的影响[1-2]。渠道在长期使用过程中受到水流冲刷等多种因素影响会出现不同程度的破损[3-4]。针对这一部分渠道进行维修加固是十分必要的。山区地质条件复杂，基岩裂隙水较为丰富，对渠道防渗加固处理工程设计影响极大。本文结合瓯江翻水站维修加固工程，对山体渗水区渠道加固工程设计进行研究。

2 工程概况

油岙-金旦段明渠全长1.1 km，渗漏问题较为严重，渗漏的主要原因有两个：（1）渠道自身面板破损开裂产生的渗漏；（2）渠道山体侧山体地下来水造成的渗漏。其中穿村庄470 m 段渗漏水多从渠道山体侧房屋底部穿过。现场选取一段面板高压水枪冲洗后，明显发现山体侧面板裂缝多于村庄侧面板，可见地下水作用是渠道面板产生裂缝的主要原因之一。由于渠道与土层间原渗漏通道受阻，强降雨期间高地下水位作用将会对渠道底部产生顶托作用，易产生抗浮稳定问题，因此本次除了需要解决渠道自身渗漏问题，还需解决地下水对渠道顶托的问题。

3 渠道维修加固方案比选

3.1 常用加固方案

解决山体地下水对渠道面板顶托的主要途径有两个：一个是“排”，一个是“堵”。“排”，即疏导，就是将山体侧来水及时排出去，降低地下水位，常见的处理方法有设置截水沟、排水孔、集水井、逆止阀等。“堵”，即拦截，隔断地下水从渠道底部渗流的通道，常规的截渗方案有帷幕灌浆和设置地下连续墙、水泥土咬合桩等。但是“堵”要有“排”相配合，降低渗压，否则山体侧来水汇集，引起单边渗透压力增大，对边坡整体安全稳定将会造成不利的影响。截渗墙不宜布置在渠道村庄侧，因为若截渗墙位于渠道村庄侧渠顶道路段，无排水设施的话，不仅影响整体稳定，而且较大的渗压会引起渠道底板发生顶托破坏。

3.1.1 方案一：竖向排水降水法

考虑两种做法：一种做法是在渠道村庄侧沿渠顶道路设竖向排水孔，渠顶设集水总管，采用水泵集中抽排方案。局部山体侧有施工条件的渠段可考虑采用双排排水孔。排水布置见图1。另一种做法是在山体侧沿渠道全程打排水井，渠顶设集水总管，采用水泵集中抽排方案。第一种做法不考虑排水井原因是渠顶道路宽度限制通行及需求、减少施工对周边房屋的影响，第二种做法不采取排水孔的主要原因是局部场地受限，不满足排水孔布置间距要求。

图1 方案一——竖向井点排水孔降水法

3.1.2 方案二：水平向排水孔降水法

拟在民房附近的渠段两侧设置两排排水孔，一排孔布置在渠道山体侧，排水孔孔口设于明渠内侧高于渠内最高水位50 cm 处，排水孔孔径Ф110 mm，间距4 m（排水孔可看现场情况适当加密），孔深2.5 m；另一排孔布置于渠道另一侧，临近民房，排水孔孔口高度低于渠底高程1 m，排水孔孔径Ф110 mm，间距4 m（排水孔可看现场情况适当加密），孔深14 m。成孔后，孔内埋设安装引排水管。孔口排水沟连接，引至低处。剖面布置见图2。

图2 方案二——水平向排水孔降水法

3.1.3 方案三：设深截水沟方案

渠道左侧由于多处房屋距离渠道较近，无条件开挖形成截水沟，故考虑在山体侧开挖截水沟，具体布置图3。

图3 方案三——设置深截水沟

3.1.4 方案四：拆除现状面板，渠底设排水管、集水井集中汇排方案

考虑渠道现状面板较薄弱，面板补强方案设计使用年限相对较短。本方案考虑拆除现状面板，将衬砌混凝土厚度加厚至0.35 m，渠道底部增强和完善集水、排水系统，布置集水井、排水管，将来水及时外排，降低边坡后侧水位，减少水压力的不利影响。

图4 方案四——新建渠道、渠底地下水集中汇排

3.1.5 方案五：设置逆止式排水系统

渠底和山体侧坡面设置排水阀，逆止阀横向布置3 排，渠底布置2 排，山体侧坡面1 排（距渠底高0.5 m），纵向间距2.5 m，梅花形布置。逆止阀内接直径110 mmPVC 花管，管长≥1.5 m，以管端部进入碎石层为准，花管开孔率不少于30%，管内填充粗砂石滤料，管外部及端部包裹两层反滤土工布。

图5 方案五逆止阀布置断面图

3.1.6 方案六：截渗方案

在山体侧考虑拦截地下水，打防渗墙/帷幕灌浆孔，同时在渠道村庄侧设置地下水抽排设施。具体布置见图6。

图6 方案六——新建渠道、渠底地下水集中汇排

3.2 方案比选

对上述各方案进行对比分析，各方案优缺点见表1，综上可知，考虑工程区复杂的地形、地质条件及与周边建筑物的相关位置关系，上述各方案均有优缺。防渗效果最好的是方案四；政策处理难度最小，无需额外征地的是方案一、方案五；方案二、三、六涉及征地、房屋拆除等，政策处理难度较大。不受断水时间影响的是方案一、方案二、方案三、方案六。考虑到政策处理难度以及排水效果，经综合比选，决定采用方案四和方案五相结合的实施方案。

表1 各维修加固方案比选

4 渠道加固工程设计

4.1 排水系统布置

沿渠底偏向山体侧切槽，桥下偏移至开挖不影响现状桥梁安全为准，其余段考虑施工开挖过程渠道斜坡的安全稳定，可根据现场实际情况适当向渠道中心线偏移一段距离。切槽宽度约1.5 m，开挖渠底形成底宽约0.7 m，深约1.0 m 的纵向贯通槽；槽内布置外径60 cm 无砂混凝土透水管，管外一层无纺土工布，槽内管周回填碎石料。

沿渠道设排水口集中外排，外排采用外径60 cm、内径50 cm的C30 钢筋砼管，底部铺设20 cm 厚素砼垫层，钢筋砼管与无砂管衔接处设置C30 钢筋砼集水井。排水口布置考虑方便地下水外排，充分利用村庄现状排水管设施，根据现场实际情况选定两个集中外排位置。

沿渠道右岸斜坡段距渠底1.0 m 处设置一排逆止阀，平均间距3.0 m，局部可根据现场实际情况适当加密。逆止阀下接直径11 cmPVC 花管，管长L≥1.0 m，以管端进入碎石层为准，花管外部及端部包裹一层无纺土工布；逆止阀与渠道衬砌间缝隙采用903 聚合物砂浆填充，确保衔接处不漏水。切槽区及现状底板破损区采用C15 素砼垫层。渠底在现状底板基础上增设15 cm 厚C30 钢筋砼底板，新增底板配筋采用双向双层直径为12 mm 的HRB400 级钢筋，钢筋间距200 mm。渠道斜坡面板采用原面板补强方案。

4.2 逆止阀选型

逆止阀选型应具备如下基本条件：安装简单，出水灵敏度高、止水性能好，便于检修和更换，无毒，清淤简便，耐久性好。

逆止式止水箱埋置于渠道衬砌以下的排水通道，检修困难、施工过程质量不易保证等问题。本工程为现状渠道的维修加固，逆止式止水箱布置需破坏现状渠道面板，因此不宜采用该种型式。

橡胶缓闭鸭嘴阀作为逆止阀时，在高水压差下易挤压变形，无法止水。

拍门式逆止阀止水性能较差，易淤堵，不应安装在竖向布置的排水减压管中。

球式止逆阀止水和排水性能良好，但易淤堵，长期高水头差下易漏水变形，不应安装在水平布置的排水管中。

压差放大式逆止阀开启和关闭只通过压差控制、无需任何外力，无方向性要求；采用压差放大式结构和弧形接触止水方式，灵敏性高；有专门防淤堵结构，并考虑了产品的疲劳破坏问题，防淤堵性能好，长期性能稳定。在南水北调中线工程陶岔至沙河南段渠道工程和荆江航道整治工程岸坡水平排水等中有应用，工程运行状况良好。

经对上述几种逆止阀性能及布置方式进行对比分析，本次推荐采用压差放大式逆止阀。

5 结论

瓯江翻水站山体渗水段明渠维修加固工程处理难度大，基岩裂隙水较为发育，对渠道稳定性影响较大。结合工程实际情况，考虑截、排措施，共选取了6 种渠道维修加固方案，考虑到政策处理难度以及排水效果，经综合比选，决定采用方案四和方案五相结合的实施方案。通过对5 种逆止阀特征进行分析，压差放大式逆止阀在本工程中较为适用。