泥巖段渠道橫向排水方法研究

【摘要】針對新疆某加高擴建渠道在膨脹性泥巖段存在不同程度的渠坡鼓脹、渠底變形、渠堤發生小規模滑坡等問題，分析其產生的原因，對渠道采取全斷面換填改造方案，提出設置縱向排水及橫向排水措施，并從工程施工、運行管理、主要工程量等方面，確定合適工程運行特點的渠外沉井排水方案，為提高輸水渠道的安全運行提供可靠保障。該排水設計方可為類似工程提供參考。A

【關鍵詞】渠道；橫向排水；泥巖；沉井

1、工程概況

北疆某加高擴建渠道工程為Ⅱ等大（2）型工程，其任務為城市和工業用水，并兼顧沿線農牧業和生態用水。加高擴建后設計輸水流量57.00m3/s，該段渠線總長141.74km，其中，隧洞長14.89km，倒虹吸長5.32km，明渠長121.53km。原渠道斷面結構為梯形斷面，渠底寬6.00m，渠道內邊坡1：2.50，外邊坡1：1.75，渠頂寬4.50m，渠深3.50～5.60m，采用預制混凝土板襯砌結構。沿渠線通過的地貌為干燥剝蝕基底平原，總地勢由北東向南西緩傾，穿越有大、中型封閉洼地及中小型洪積扇及中小型洪水沖溝。根據地質資料統計，渠段渠床分布的中、強膨脹泥巖長度為32.12km。

在建設初期，由于對泥巖特性認識不足，未對泥巖段進行換填處理。渠道運行期及長期受到融雪性積水的滲水影響，渠底及渠坡土體含水率處于飽和狀態，當水位發生變化時，渠內外形成水位差，存在不同程度的渠坡鼓脹、渠底變形、渠堤發生小規模滑坡情況，影響渠道輸水安全。

2、橫向排水設計

2.1排水設計方案

根據工程規模，該加高擴建渠道將原渠堤加高0.70～1.80m，為防止泥巖膨脹對渠道產生破壞，對膨脹性泥巖基礎渠段的改造方案進行全斷面換填處理：下部換填0.80m厚透水性小的白砂巖料，上部換填0.40m厚透水性大的風化砂礫巖。在原渠底換填的透水砂礫石下層設置縱向排水體，排水體內鋪設DN200 UPVC濾水管，同時設置橫向排水集水井由兩側匯集濾水管內的滲透水。

由渠道縱向排水匯集在橫向排水井的滲透水，需通過橫向排水結構排出。在參考其他工程的設計方案以及對該工程運行的經驗總結，渠道橫向排水結構設計提出以下三個方案。

方案一（渠外沉井排水方案）：該方案在渠道右岸渠堤外側埋設圓形預制鋼筋混凝土豎井，豎井埋設深度13.00 m，井底高程相對對應樁號的渠底為-5.10 m，埋設DN180的PE管將渠底設置的集水井與排水井連通。集水井采用預制鋼筋混凝土結構，尺寸為 1.10m×1.10m×1.10m（長×寬×高），沉井為現澆鋼筋混凝土結構，井外徑尺寸為DN3000。

方案二（渠外預制管井排水方案）：該方案在渠道右岸渠堤外側埋設豎井，豎井埋設深度13.00 m，井底高程相對對應樁號的渠底為-5.10 m，埋設DN180的PE管將渠底設置的集水井與排水井連通。集水井采用預制鋼筋混凝土結構，尺寸為 1.10m×1.10m×1.10m（長×寬×高），豎井采用預制鋼筋混凝土井管，單節井管尺寸為3.00m（內徑）×1.20m（高），

方案三（渠內排水方案）：該方案設置跨渠桁架橋，集水池由設置的DN500入泵鋼管連接測橋。集水池采用鋼筋混凝土結構，井外徑尺寸為DN3000，池深3.4m；集水池蓋板上設置800進人孔和500入泵孔。

2.2橫向排水設計方案比選

以渠道加高擴建后渠頂高程相對渠底為7.40m的渠段處的橫向排水結構進行研究，分別從施工條件、運行管理、主要工程量等方面對三種設計方案進行對比，比較結果見下表1。

由于工程為加高擴建工程，渠道輸水期無法施工，施工期為10月中旬到次年4月中旬，扣除冬季停工期，實際施工時間僅有三個月，因此，施工工期緊張。方案二需大量機械開挖與人工回填土方，制約工期進度，且回填土不利渠坡的穩定；方案三雖然在施工方面工程量相對較少，工期短，但入泵鋼管對渠道水流有阻滯影響，底板與集水池間止水安裝質量要求較高；方案一雖然工期長，但沉井及水平鉆孔施工可在輸水期進行，可提高施工效率，同時，該方案無需大量開挖回填土方，對渠坡影響小，有利于渠坡的穩定，工程質量較高。經綜合比較，本工程橫向排水型式采用方案一，即渠外沉井排水方案。根據前期運行管理經驗，沿渠線每隔500～600m設置一口橫向排水井。

3、結語

針對新疆某加高擴建渠道運行期及長期受到融雪性積水的滲水影響，在膨脹性泥巖段存在不同程度的渠坡鼓脹、渠底變形、渠堤發生小規模滑坡等問題，分析其產生的原因，對渠道采取全斷面換填改造方案，提出設置縱向排水及橫向排水措施，并從工程施工、運行管理、主要工程量等方面，同時考慮渠坡穩定及工期的影響，確定合適工程運行特點的渠外沉井排水方案，為提高輸水渠道的安全運行提供可靠保障。該排水設計方案可為類似工程提供參考。

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作者簡介：張志雁（1984-），男（漢族），江西龍南縣人，工程師，碩士，主要從事水利工程設計工作