高地下水位渠道襯砌技術及排水經驗的應用與分析

□劉辰光（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司）

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高地下水位渠道襯砌技術及排水經驗的應用與分析

□劉辰光（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司）

摘要：渠道作為水利工程的重要組成部分之一，其整體結構穩定與否關系重大，尤其是在高地下水位的地區進行渠道修建時，必須采取合理可行的襯砌技術，確保渠道的安全性和穩定性。基于此點，文章首先對渠道襯砌技術進行了概括性介紹，并在此基礎上依托工程實例，對襯砌技術在高地下水位渠道修建中的應用及排水途徑進行論述。期望通過文章的研究能夠在渠道安全性、穩定性的提升以及使用壽命的延長方面有所幫助。

關鍵詞：渠道；襯砌；排水

1渠道襯砌技術概述

1.1渠道襯砌的類型

襯砌歸屬于永久性支護結構的范疇，可用于渠道襯砌的主要材料有粘土、灰土、混凝土、塊石、塑料膜、瀝青等等。根據材料的不同，可對渠道襯砌類型進行細分，具體如表1所示。

表1　襯砌的類型及其主要原材料表

1.2渠道襯砌的基本要求

在修建渠道的過程中，采用襯砌技術時，應當遵循因地制宜、綜合防治、減輕凍脹等原則。在進行渠道襯砌設計前，應當通過對工程現場的地質勘察，了解并掌握水文地質條件及渠道的基本情況，確保采用的襯砌技術先進、經濟合理、經久耐用；襯砌防滲、防凍等措施應當與工程措施并重；盡量不要通過加大襯砌厚度的方法來減輕凍脹變形，而是要采取有效的措施減少基土的凍脹及不均勻性，使襯砌結構可以適應凍脹變形的要求。

2襯砌技術在高地下水位渠道修建中的應用及排水途徑

為了便于研究，文章以工程實例為依托，對襯砌技術在高地下水位渠道修建中的應用及相關排水措施進行分析。某渠道工程由不同的渠段組成，各個渠段均采用了不同的設計流量，為滿足使用要求，決定通過渠道改建加大流量，具體情況如表2所示。

表2　各區段的設計與加大流量詳情表

工程中，渠基土為低液限粉土和低液限粘土，渠道內外邊坡系數為1.75。0+000～0+500段渠道斷面襯砌采用的是現澆混凝土板+干砌卵石結構；0+500～18+925段渠道斷面襯砌采用的是現澆混凝土板結構。經計算渠道總糙率約為0.02。由于工程為老渠改擴建項目，其沿線上均設有涵洞和水閘，故此決定不對縱坡進行較大的調整，在確保能夠滿足渠系建筑物底板高程的前提下，基本維持原有的渠道縱坡。

2.1渠道橫斷面設計

依據明渠均勻流公式可以確定出渠道的橫斷面尺寸，同時結合渠道各個渠段所處的地質、地形等條件，及抗凍脹要求和挾沙能力，對橫斷面進行合理設計。

2.1.1防滲措施的選擇

在本工程中，0+000～0+500段渠道與西岸大渠的距離較近，地下水位的變化幅度較高，按照地質勘察報告，采用底板干砌卵石+邊板現澆混凝土板的襯砌結構；0+500～18+925段渠道采用現澆混凝土板+一布一膜防滲結構。

2.1.2防凍脹措施的選擇

根據與水利渠道有關的規范標準的規定要求，并結合工程所在地修建渠道的成功經驗，決定采用置換的方法對渠底及邊坡凍脹土進行處理，經綜合考慮，決定選用比較容易獲得的天然砂礫作為換填材料。

2.1.3渠道抗凍脹設計

由于本工程所在地的土體最大凍深為1.82m，從而使得渠基土均為凍脹性土體，所以需要采取相應的抗凍脹設計。凍深計算可依據有關規范標準給出的計算公式進行，渠道凍脹量的計算匯總情況如表3所示。

表3　渠道凍脹量的計算匯總表

經過計算之后發現，工程中渠道地基土體的凍脹級別為Ⅱ～Ⅳ級。依據有關規范標準的規定要求，需要對渠道進行抗凍性設計。

2.1.4砂礫石置換

工程中，砂礫石的換填深度可以按照下式進行計算：

上式中，Zn代表置換深度（單位：m）；ε代表置換比（%）；Zd代表需要置換部位的設計凍深（單位：m）；δo代表襯砌板的厚度（單位：m）。

將表3中的相關數據帶入到式(1)中，可計算出置換厚度為0.75~1.32 m。因此本次渠道改建的規模較小，加之大部分凍脹級別都在Ⅱ級，因此，渠道可以采用板膜復合式結構，通過膜料的使用，能夠減少滲漏損失90%左右。依據實驗，在塑料膜下鋪設厚度為40 cm的砂礫石墊層，可以減少凍脹量59%~70%。根據當地同類工程的施工經驗，結合本工程的實際情況，渠道防凍墊層底板的厚度設計為40 cm，邊板下置換層的厚度設計為30~40 cm。

2.1.5橫斷面設計方案

0+000～0+500段渠道采用梯形斷面，底板采用厚度為30cm的干砌卵石加混凝土網格梁，邊板采用厚度為8 cm的現澆混凝土板，邊坡設置為1:1.75，底板下填筑厚度為40 cm的砂礫石墊層，邊坡下填筑厚度為30~40 cm的砂礫石墊層；0+500～18+925段渠道同樣采用梯形斷面，底板與邊板均采用現澆混凝土板，并在其下鋪設一布一膜，同時在底板位置處的膜下填筑厚度為40 cm的砂礫石墊層，在邊板位置處的膜下填筑厚度為30~40 cm的砂礫石墊層。

2.2渠道襯砌的排放途徑

由于工程所在地的地下水位相對較高，因此，在渠道襯砌施工過程中，為保證施工的安全性，需要采取有效的措施進行排水。施工期排水能夠起到兩方面的作用，一方面可以使較高的地下水位降低到襯砌基面以下，從而確保混凝土襯砌的質量；另一方面可以增強施工安全性，有助于工程的順利進行。在排水措施的選擇上，除了要充分考慮渠道襯砌的線路長度之外，還要考慮施工進度等方面。目前，渠道襯砌工程中，常用的排水型式有以下幾種：暗管排水、輕型井點排水、豎井排水等等。對于地下水位較高地區的渠道襯砌工程而言，如果采取的排水措施不合理，便可能形成較大的內外水位差，即揚壓力，由此會導致襯砌板浮托破壞，從而影響工程使用。所以在高地下水位條件下的渠道襯砌，需要采取消減揚壓力的排水措施。暗管排水是渠道襯砌工程中最為常用的一種消減揚壓力的排水措施，因此，本工程也采取該措施進行排水。

2.2.1暗管排水的結構形式

常規的暗管排水系統主要是由以下幾個部分組成：集水暗管、濾料層、出流導管、逆止閥等等。相關研究結果表明，在水文地質條件相同的情況下，透水管比實體管的排水量要高很多，約為35%~40%。因此透水暗管的應用更加廣泛。在暗管的周圍設置濾料層能夠確保暗管排水作用的發揮，尤其是在淤積比較嚴重的渠段內，濾料層的作用更加明顯，具體做法是用土工織物對透水暗管進行包裹，并外填厚度為10 cm左右的砂層。出流管的作用是確保暗管在一定淤積厚度時，能使其排水效果得以最大限度地發揮，管徑的選擇以15~20 cm為宜，材質可選用聚氯乙烯塑料管。由于工程的防滲要求較高，故此在出流導管上加裝了逆止閥，這樣可以避免渠道輸水時出現大量的外滲損失。

2.2.2出溢口間距

從理論的角度上講，暗管出溢口的間距可按照滲流量、排水能力等指標進行確定，但如果土壤本身的滲透系數較大，則必須通過相應的計算進行確定。通常，土壤滲透系數<5 m/d時，出溢口的間距可取40~60 m；5m/d<土壤滲透系數<10 m/d時，間距可取20~40m，超過10m/d時，間距可取10~20 m。根據本工程的地質勘察資料顯示，渠道所在地的土壤滲透系數K<5 m/d，故此可取間距40~60 m。

3結論

綜上所述，文章在對渠道襯砌技術進行簡要介紹的基礎上，依托工程實例對高地下水位中渠道襯砌技術的應用進行分析，并提出了消減揚壓力的排水措施。通過該排水措施的使用，有效確保了渠道襯砌施工的順利進行，不但加快了施工進度，而且還提高了施工安全性，工程質量也由此得到了保障。

（責任編輯：劉青）

收稿日期：2015-12-10

中圖分類號：TV37

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）01-0055-02