恰木薩水電站輸水渠道基礎處理研究

陳 剛

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

恰木薩水電站是葉爾羌河下游河道規劃梯級開發中的第2級電站，為徑流式電站，采用引水式開發，開發任務是水力發電。

本工程的特點是大流量低水頭電站，輸水渠道引水流量365 m3/s(其中發電引用流量358 m3/s)，水輪機額定水頭為63.50 m，發電引水系統規模較大。輸水渠道長11.48 km，縱坡1/5000，渠深7.40 m，由巖石段和砂礫石段組成，巖石段渠道底寬19.50 m，內邊坡1∶1，砂礫石段渠道底寬15.00 m，邊坡1∶2。輸水渠道基礎處理主要針對砂礫石段進行。

2 渠道基礎濕陷性粉土處理方案比選

2.1 渠道地質情況

輸水渠道位于葉爾羌河左岸山前洪積平原上，上部為第四系上更新統-全新統洪積層(Q3-4pl)，主要以含礫(砂)低液限粉土為主，最大厚度29.0 m，局部夾含土砂礫石透鏡體，結構中等密實。含土砂礫石多以透鏡體狀分布，縱橫向厚度均有變化，最大厚度17.5 m，分布無規律，局部段連續出露，長度200～400 m不等；洪積層下部為第四系中更新統沖積砂礫石層，結構密實，具微膠結現象；其表部為一層分布連續的含礫砂層，為良好的持力層。渠道沿線粉土均屬非自重濕陷性土，渠基粉土濕陷系數隨埋深減小的規律不明顯，深度0～24 m范圍內粉土均具有弱-中等濕陷性。

2.2 基礎處理方案擬定

對濕陷性黃土基礎的處理，通常采用的方法有：預浸水法、強夯法、灰土擠密樁法、翻夯法及墊層法(或換填法)[1-2]。針對恰木薩水電站引水渠道渠基等主要部位出現的濕陷性黃土分別從技術經濟方面進行比選。根據分析統計，具有濕陷性的引水渠道長約6.525 km，填方渠道的影響寬度 51～105 m，挖方渠段的影響寬度68 m。可能采取的處理方案：預浸水法、強夯法、換填法。

2.3 方案比選

預浸水法、強夯法、換填法的比選結果見表1。

經比較：浸水法施工最簡單，工程投資最省，經濟上較合理，但浸水法要求的施工時間較長；強夯法施工較簡單，投資較低，對濕陷性黃土處理深度有限，南水北調工程處理深度6 m；換填法施工簡單，雖然工程投資最大，但能保證工程質量。因此，濕陷性黃土處理推薦采用換填法，基礎處理全部采用砂礫石換填。

表1 渠道濕陷性黃土處理方案比較表

3 輸水渠道結構設計

3.1 輸水渠道斷面設計

渠道底寬15 m，渠深7.4 m，縱坡1/5000，內邊坡1∶2。深挖方渠段超過堤頂以上部分開挖邊坡為1∶1.75，超過堤頂的部分每10 m高設2 m寬的馬道。填方渠段外邊坡為1∶1.75，填方高度大于10 m時每10 m高設2 m寬的馬道[3]。

3.2 輸水渠道防滲設計

渠道防滲采用C20、F300現澆混凝土板護砌，底板厚120 mm，邊坡厚120～100 mm，混凝土板下為兩布一膜(250 g/0.6 mm/250 g)的防滲層，膜下部設一道砂漿墊層(找平層)，厚度為30 mm。渠道底板兩側設現澆混凝土縱梁，寬500 mm，深500 mm。沿渠道水流方向每50 m設一道現澆混凝土隔墻，寬300 mm，深500 mm。渠沿石采用C20、F200預制混凝土，長寬高為500 mm×100 mm×300 mm。現澆混凝土板分塊尺寸3 m×3 m，縫寬20 mm，采用聚氨酯砂漿勾縫；渠道頂部設封頂板，尺寸為500 mm×500 mm×60 mm。

3.3 渠道填筑設計

砂礫石填筑根據《水工建筑物抗冰凍設計規范》中關于非凍脹土的要求，嚴格控制換填料中粒徑小于0.05 mm的土重占總土重的比例不大于6%，以保證換填砂礫料的防凍要求。參照已建類似工程的設計、施工經驗，確定本工程渠道砂礫石填筑的壓實標準，相對密度Dr≥0.85。

3.4 渠頂寬度設計

輸水渠道長度較長、流量較大、地形較復雜，基本上渠堤無巡渠路，考慮渠道運行管理，遇突發事故，便于維護搶險，在渠道右側布置檢修維護道路，確定渠道堤頂左側挖方段寬3 m、填方段寬4 m，右側寬6 m。

3.5 渠道挖方及填方段邊坡處理

當渠堤外邊坡高度超過10 m，從渠堤高程開始，每10 m高設2 m寬馬道。當渠堤與原地面高差大于5 m時應處理，采取在坡上埋設混凝土網格，網格內回填黃土的方式對外坡進行防護。

3.6 渠道基礎處理

渠道基礎低液限粉土全部清除至砂礫石層、含土砂礫石層，采用砂礫石換填，壓實相對密度Dr≥0.85，換填砂礫料不使用細砂和粉細砂，粒徑小于0.075 mm的土粒質量不大于總質量的10%。

3.7 表層清廢

清除表層含礫砂層、洪積粉土、粉細砂層、含植物根系的松散砂石層、淤泥等較為松散土層，清基深度不小于0.6 m。

3.8 渠道兩岸防護設計

為防止牲畜掉入輸水渠道中，在渠道兩側征地范圍內設置防護鐵絲網。

4 現場渠道基礎處理方案的調整

4.1 現場渠道基礎處理方案

根據現場地質變化情況，從工程運行安全、投資等方面綜合考慮，對渠道基礎處理措施擬定兩個方案進行比選。

方案一：渠道基礎濕陷性粉土全部挖除，采用砂礫石換填，渠道襯砌結構及防滲形式不變。渠道防滲采用現澆混凝土板護砌，混凝土板下為兩布一膜的防滲層，膜下部設一道砂漿墊層(找平層)，厚度為30 mm(圖1)。

方案二： 渠道基礎以下濕陷性粉土厚度小于10 m時，將粉土層全部挖除，采用砂礫石換填；渠道基礎以下濕陷性粉土厚度大于10 m時，只挖除渠道基礎以下10 m范圍內粉土層，采用砂礫石換填。并加強渠道防滲措施，渠道防滲采用現澆混凝土板護砌，混凝土板下鋪設兩層防滲膜，即兩層兩布一膜，膜下部設一道水穩層，厚度為200 mm(圖2)。

圖1 渠道典型橫斷面圖(方案一)

圖2 渠道典型橫斷面圖(方案二)

4.2 方案比較分析

對上述兩個方案從輸水渠道工程運行安全、施工工期、工程投資等方面進行綜合分析比較。

(1)從輸水渠道工程運行安全分析，方案一將渠底以下濕陷性粉土全部挖除，采用砂礫石換填處理，從根本上解決了粉土濕陷性問題，確保了渠道基礎穩定；方案二渠道底高程以下10 m范圍內粉土層全部挖除換填砂礫石，由原設計一層兩布一膜改為兩層兩布一膜，并將30 mm砂漿墊層調整為200 mm厚水穩層，加強了渠道的防滲措施，以減小滲漏，并提高了渠道結構安全可靠度。因此，兩方案均是可行的。

(2)從工程量及施工工期分析，方案一渠底以下濕陷性粉土全部挖除并換填砂礫石，開挖量、換填砂礫石工程量較大，且增加了棄料，棄渣場規模較原設計增加，并增加了工期；方案二渠道底高程以下10 m范圍內粉土層全部挖除換填砂礫石，加強渠道防滲措施，方案二開挖量、換填砂礫石工程量較方案一小，其棄料及工期與原設計方案接近，但兩布一膜工程量較方案一大。

(3)從工程投資分析，方案二較方案一投資少1255萬元。

綜上所述，推薦方案二。

5 結 語

通過總結大流量渠道失事的經驗教訓，制定本設計方案，使得渠道基礎濕陷性粉土得以處理，并且加強了渠道的穩定及防滲措施，為渠道安全運行提供了保障。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國建設部.濕陷性黃土地區建筑規范：GB 50025—2004[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2] 楊晉營.濕陷性黃土地區渠道基礎處理及防滲措施[J].水利規劃與設計，2004(3)：61-64.

[3] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.水電站引水渠道及前池設計規范：DL/T 5079—2007[S].北京：中國電力出版社，2007.