水利防洪生態工程對南水北調中線總干渠影響

王娣

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

水利防洪生態工程對南水北調中線總干渠影響

王娣

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

石家莊市區西北部水利防洪生態工程利用了南水北調中線工程左側的泄洪渠，并在局部渠段增加了濕地公園，將泄洪渠功能由行洪改為汛期行洪、非汛期蓄水。由于該工程距總干渠很近，蓄水后導致總干渠局部渠段左坡及渠底出現襯砌板拱起、開裂、滲水等現象，為保證南水北調中線工程安全，需對該并行段采取必要的工程措施。

南水北調中線；水利防洪生態工程；工程措施

1 概述

石家莊市區西北部水利防洪生態工程是為了徹底解決城市防洪問題及改善石家莊市生態環境，結合南水北調工程、青銀高速公路工程、城市外圍道路聯接工程等大型基礎設施項目的規劃建設提出的。

石家莊市區西北部水利防洪生態工程與南水北調中線總干渠并行段（以下簡稱“并行段”）長4.392km。該工程與南水北調中線工程共用總干渠左側的泄洪渠。南水北調中線工程批復泄洪渠防洪標準接近于10年一遇，石家莊市區西北部防洪生態工程將泄洪渠按20年一遇標準進行拓寬、疏浚，對河底及岸坡進行襯砌，將原泄洪渠功能除汛期行洪外增加了常年蓄水要求，并在局部渠段增加了濕地公園，且該水系工程距總干渠很近（泄洪渠距離總干渠防洪堤外坡腳11m），蓄水后產生滲透影響，導致南水北調總干渠局部渠段左坡及渠底出現襯砌板拱起、開裂、滲水等現象。為保證總干渠工程安全，需對該并行段采取必要的工程措施。

2 生態工程基本情況

2.1 總干渠基本情況

2.1.1 總干渠渠道

并行段南水北調輸水渠道采用梯形斷面。渠道設計水深6.0m，設計渠深7.45m。縱坡1/30000～1/16200；過水斷面邊坡坡比為1∶2.5，一級馬道以上邊坡及外坡坡比均為1∶2.0；堤頂（或一級馬道）寬5m；總干渠左側為防洪堤，右側為防護埝。

2.1.2 泄洪渠

在南水北調中線總干渠建設過程中，占用了石家莊市南泄洪渠的部分位置，在總干渠左側對泄洪渠進行了恢復建設。泄洪渠恢復建設采用原有行洪標準，設計流量為188m3/s，設計底寬15m，設計水深3.0m，邊坡1∶2.0，縱坡1/500，全斷面采用漿砌石護砌，漿砌石厚30cm，下設10cm砂礫料墊層，墊層下鋪設576g/m2的兩布一膜復合土工膜加強防滲。

2.2 生態工程基本情況

西北部水利防洪生態工程泄洪渠平行布置在南水北調總干渠左側，建設中泄洪渠防洪標準采用20年一遇，設計流量239m3/s，底寬40～27m，蓄水區側墻為漿砌石擋墻，蓄水深1.53～2.5m。濕地公園與泄洪渠部分渠段相結合，位于泄洪渠的西部，并行段設有4座跌水，將濕地公園分成4個河段。

3 西北部水利防洪生態工程對總干渠的影響

3.1 總干渠設計條件變化情況

3.1.1泄洪渠變化

西北部水利生態工程建設后，泄洪渠功能改為汛期行洪、非汛期蓄水并重，泄洪渠的行洪標準提高到20年一遇，南水北調總干渠部分渠段與泄洪渠相鄰變成與濕地公園相鄰。泄洪渠渠底采用粉質壤土壓實防滲，厚度0.6m。主槽蓄水區側墻采用漿砌石擋墻防滲，擋墻背側增設復合土工膜防滲。

泄洪渠原設計洪水歷時較短，現狀泄洪渠和濕地公園常年蓄水，且泄洪渠距離南水北調中線總干渠很近（泄洪渠距離總干渠防洪堤外坡腳11m），改變了南水北調總干渠的運行條件，影響到總干渠運行安全。

3.1.2 地下水位變化

并行段南水北調總干渠設計中預測地下水位高于渠底高程，為保證渠道襯砌板的安全穩定，采取無砂混凝土管集水、泵站抽水外排措施。

西北部水利生態工程泄洪渠及濕地公園正常蓄水位及2012年9月濕地公園蓄水實測水位如表1。

由于泄洪渠及濕地公園距離南水北調總干渠較近，設計渠底和蓄水位均比總干渠高，且無土工膜防滲層，本段的地層巖性揭露有礫砂層或砂層出露，泄洪渠和濕地公園的水會通過砂礫層滲流，因此，泄洪渠和南水北調中線總干渠之間地下水位將會抬高，多數渠段地下水位高于原設計采用的自然條件下的預測地下水位，不采取泵站抽水外排勢必導致渠道襯砌板抗浮穩定不滿足設計要求。

表1 總干渠預測水位及泄洪渠正常蓄水位

3.2 工程蓄水對總干渠的影響

3.2.1 總干渠渠道集水流量變化

對照并行段南水北調中線總干渠左側地下水條件的變化，分別按遠離河流或水體的集取地下水條件、靠近水體且滲渠垂直于地下水水流條件分別計算集水流量，成果如表2。

表2 單座泵站流量對比

從表2可以看出，泄洪渠蓄水后每座泵站的設計抽水流量小于集水流量，抽水流量不能滿足排水要求，造成地下水位不斷抬升，導致南水北調左坡襯砌板頂托破壞。

3.2.2 泄洪渠及濕地公園實際蓄水后總干渠情況

2012年9月底石家莊西北部防洪生態工程建成蓄水，導致南水北調總干渠約80m渠段襯砌混凝土板上浮約30cm，約280m渠段左坡坡腳以上2.5m位置滲水。2013年6月1日，石家莊西北水利防洪生態工程再次蓄水后，導致總干渠約40m渠段左坡及渠底混凝土板發生拱起開裂破壞現象。

4 修復方案研究

4.1 方案比選

根據石家莊西北水利防洪生態工程建設與運行條件，結合本段地形、地質條件進行了垂直鋪塑、高噴防滲墻和混凝土防滲墻3種截滲方案的比選。

4.1.1 垂直鋪塑方案

垂直鋪塑方案利用裝備水力沖割和刀具破碎土體的專用機械，在南水北調左堤中順軸線方向形成一條連續的寬20～30mm厚的槽孔，并鋪設塑膜，形成防滲體系，阻止泄洪渠與濕地公園的滲流以確保滲透穩定，最后回填松散干凈的壤土完成作業。該方案施工難度與混凝土防滲墻相當，優點是單位造價低，缺點是技術條件下成槽深度一般在10～15m之間，而本項目需要的最大防滲深度為24m，一般防滲深度均大于15m，因此現有施工工藝水平難以達到設計防滲深度。

4.1.2 高噴防滲墻方案

高噴防滲墻采用高噴技術灌漿，形成防滲墻達到防滲的效果。施工中采用工程地質巖芯鉆機鉆鑿成孔，孔徑110～150mm，要求孔位偏差≤2cm，孔斜率不大于0.8%，且相鄰兩孔為反向偏差時的孔斜率之和也不大于0.8%，以保證成墻厚度和墻體的連續性。鉆孔孔深應入相對不透水層1～2m。

從滲流分析角度來看采用高噴措施對重點滲透部位封堵透水層可以達到一定的效果，但透水部位難準確確定，尤其是地質剖面圖中難以發現的鼠洞或其他一些滲透通道，一旦漏掉不采取措施必然達不到相應的防滲效果。

高噴灌漿技術對施工工藝要求很高，施工過程的控制水平直接決定了防滲墻的質量，因此此方案必須由質量過硬、信譽優秀的施工隊伍才能保證要求。

4.1.3 混凝土防滲墻方案

混凝土防滲墻是在防滲斷面以泥漿固壁連續造孔成槽，在泥漿下澆筑混凝土而成。與垂直鋪塑方案比較：混凝土防滲墻墻體的結構尺寸（厚度、深度）可根據工程要求和地層條件進行設計和控制，施工方法成熟，檢測手段簡單直觀，工程質量可靠。混凝土防滲墻適應地質條件廣泛，耐久性較好，防滲效率較高，其滲透系數可以很容易達到n×10-7cm/s。本段揭露的地層巖性主要為第四系黃土狀壤土、壤土、砂、砂礫石、粘土等，均適宜采用混凝土防滲墻方案，以滿足本渠段總干渠渠堤的防滲要求。

綜合分析本段地質條件、防滲深度等因素，采用混凝土防滲墻方案最優。

4.2 推薦方案設計

4.2.1 工程布置

根據實際條件，防滲墻建設總長度共計3721.7m。防滲墻建設位置沿總干渠左側綠化帶布設。

防滲墻的厚度由結構強度、抗滲強度、耐久性及施工條件等確定，同時考慮地質情況及施工設備等因素。本工程防滲最大深度達到24m，深度比較大，防滲墻厚度采用0.4mC25混凝土。

防滲墻布置深度一般可分為封閉式防滲墻和懸掛式防滲墻兩類。并行段滲透系數較大，懸掛式防滲墻，效果不明顯，應采用封閉式防滲墻。濕地范圍相對不透水地層位于渠底以下8m，可形成封閉式防滲墻。粘土層滲透系數5×10-6cm/s，防滲墻深度伸入相對不透水層2.0m控制。

4.2.2 滲流穩定分析

滲流穩定分析中相應的水位采用總干渠的預測水位及泄洪渠正常蓄水位，選取3個典型斷面，工況按以下4種條件：

（1）正常高地下水位，無防滲墻，南水北調渠道無水；

（2）正常高地下水位，有防滲墻，南水北調渠道無水；

（3）泄洪渠高水位，無防滲墻，南水北調渠道無水；（4）泄洪渠高水位，有防滲墻，南水北調渠道無水。根據勘察資料，黃土狀壤土滲透系數取4.0×10-4cm/s，壤土取2.0×10-4cm/s，中砂取3.5×10-2cm/s，礫石取2.5×10-1cm/s，含壤土礫石取8.0×10-2cm/s，黏土取1.0×10-6cm/s，防滲墻滲透系數取5.0×10-7cm/s。滲流穩定分析成果如表3。

表3 滲流穩定分析成果

經分析，所選取的3個斷面在有防滲墻工況下，滲流比降明顯降低，由臨界比降降至級別極低；浸潤線的位置變化也很大，建設防滲墻后各工況下浸潤線出逸點均在坡腳以下，出逸點比較低。水壓力線均作用在底板以下一定的距離，基本能保證滲透壓力不會托起襯砌板。

5 結語

石家莊西北部水利防洪生態工程的建成改變了該段南水北調中線工程的設計與運行條件，對南水北調總干渠的安全構成了威脅。經過多方案比選研究，推薦混凝土防滲墻方案：采用C25混凝土，防滲墻厚度0.4m；防滲墻深度伸入相對不透水層2.0m。該方案降低了渠堤內浸潤線及滲流比降，減緩了水壓對渠道襯砌板的直接作用，能夠保證南水北調總干渠的運行安全。

［1］河北水利水電勘測設計研究院.南水北調中線一期工程總干渠邢石界至古運河南渠段初步設計報告［R］.2009.

［2］河北水利水電勘測設計研究院.南水北調中線一期工程總干渠邢石界至古運河南渠段總干渠渠道施工詳圖［R］.2010.

［3］河北省水利水電勘測設計研究院石家莊分院.石家莊市區西北部水利防洪生態工程（二期）南水北調并行段變更技施設計圖冊［R］.2010.

［4］深圳市北林苑景觀及建筑規劃設計院有限公司.石家莊市區西北部水利防洪生態工程（二期）【園林部分】—北段濕地公園第4標段（SD4）施工圖［R］.2009.

［5］河北省水利水電勘測設計研究院石家莊分院.石家莊市區西北部水利防洪生態工程（二期）南水北調并行段變更設計說明書［R］.2012.

［6］河北省水利水電勘測設計研究院.石家莊市區西北部水利防洪生態工程南水北調并行段對南水北調中線工程總干渠影響處理設計報告［R］.2014.

Im pact study of water conservancy flood control ecological engineering to themail channel ofm iddle route of South-to-North water diversion project

WANG Di
（Hebei Research Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

The water conservancy flood control ecological engineering in the northwest of Shijiazhuang used the spillway of the left side ofmiddle route of South-to-North water diversion project，and local canal constructed the wetland park，the spillway can be used for discharging flood in flood season and storing water in non-flood season.Because this project is close to the main canal，the lining plate of the left slope and bottom of local canal was cracking，arching and water seepage after water storage.In order to ensure the safety ofmiddle route of South-to-North water diversion project，we need to take the necessarymeasures to the parallel period.

middle route of South-to-North water diversion project；ecological engineering of water conservancy flood control；engineeringmeasures

TV87

B

1672-9900（2015）01-0012-04

2014-11-05

王娣（1982-），女（漢族），河北石家莊人，工程師，主要從事水利水電工程規劃設計工作，（Tel）022-26154624。