恰木薩水電站輸水渠道基礎(chǔ)處理研究

陳 剛

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)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(guī)劃梯級(jí)開發(fā)中的第2級(jí)電站，為徑流式電站，采用引水式開發(fā)，開發(fā)任務(wù)是水力發(fā)電。

本工程的特點(diǎn)是大流量低水頭電站，輸水渠道引水流量365 m3/s(其中發(fā)電引用流量358 m3/s)，水輪機(jī)額定水頭為63.50 m，發(fā)電引水系統(tǒng)規(guī)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(nèi)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(chǔ)處理主要針對(duì)砂礫石段進(jìn)行。

2 渠道基礎(chǔ)濕陷性粉土處理方案比選

2.1 渠道地質(zhì)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(tǒng)-全新統(tǒng)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(jié)構(gòu)中等密實(shí)。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(guī)律，局部段連續(xù)出露，長度200～400 m不等；洪積層下部為第四系中更新統(tǒng)沖積砂礫石層，結(jié)構(gòu)密實(shí)，具微膠結(jié)現(xiàn)象；其表部為一層分布連續(xù)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(shù)隨埋深減小的規(guī)律不明顯，深度0～24 m范圍內(nèi)粉土均具有弱-中等濕陷性。

2.2 基礎(chǔ)處理方案擬定

對(duì)濕陷性黃土基礎(chǔ)的處理，通常采用的方法有：預(yù)浸水法、強(qiáng)夯法、灰土擠密樁法、翻夯法及墊層法(或換填法)[1-2]。針對(duì)恰木薩水電站引水渠道渠基等主要部位出現(xiàn)的濕陷性黃土分別從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行比選。根據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，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(yù)浸水法、強(qiáng)夯法、換填法。

2.3 方案比選

預(yù)浸水法、強(qiáng)夯法、換填法的比選結(jié)果見表1。

經(jīng)比較：浸水法施工最簡單，工程投資最省，經(jīng)濟(jì)上較合理，但浸水法要求的施工時(shí)間較長；強(qiáng)夯法施工較簡單，投資較低，對(duì)濕陷性黃土處理深度有限，南水北調(diào)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(zhì)量。因此，濕陷性黃土處理推薦采用換填法，基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 輸水渠道斷面設(shè)計(jì)

渠道底寬15 m，渠深7.4 m，縱坡1/5000，內(nèi)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?shù)牟糠置?0 m高設(shè)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(shí)每10 m高設(shè)2 m寬的馬道[3]。

3.2 輸水渠道防滲設(shè)計(jì)

渠道防滲采用C20、F300現(xiàn)澆混凝土板護(hù)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(shè)一道砂漿墊層(找平層)，厚度為30 mm。渠道底板兩側(cè)設(shè)現(xiàn)澆混凝土縱梁，寬500 mm，深500 mm。沿渠道水流方向每50 m設(shè)一道現(xiàn)澆混凝土隔墻，寬300 mm，深500 mm。渠沿石采用C20、F200預(yù)制混凝土，長寬高為500 mm×100 mm×300 mm。現(xiàn)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(shè)封頂板，尺寸為500 mm×500 mm×60 mm。

3.3 渠道填筑設(shè)計(jì)

砂礫石填筑根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于非凍脹土的要求，嚴(yán)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(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，確定本工程渠道砂礫石填筑的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)密度Dr≥0.85。

3.4 渠頂寬度設(shè)計(jì)

輸水渠道長度較長、流量較大、地形較復(fù)雜，基本上渠堤無巡渠路，考慮渠道運(yùn)行管理，遇突發(fā)事故，便于維護(hù)搶險(xiǎn)，在渠道右側(cè)布置檢修維護(hù)道路，確定渠道堤頂左側(cè)挖方段寬3 m、填方段寬4 m，右側(cè)寬6 m。

3.5 渠道挖方及填方段邊坡處理

當(dāng)渠堤外邊坡高度超過10 m，從渠堤高程開始，每10 m高設(shè)2 m寬馬道。當(dāng)渠堤與原地面高差大于5 m時(shí)應(yīng)處理，采取在坡上埋設(shè)混凝土網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)回填黃土的方式對(duì)外坡進(jìn)行防護(hù)。

3.6 渠道基礎(chǔ)處理

渠道基礎(chǔ)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(shí)相對(duì)密度Dr≥0.85，換填砂礫料不使用細(xì)砂和粉細(xì)砂，粒徑小于0.075 mm的土粒質(zhì)量不大于總質(zhì)量的10%。

3.7 表層清廢

清除表層含礫砂層、洪積粉土、粉細(xì)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(hù)設(shè)計(jì)

為防止牲畜掉入輸水渠道中，在渠道兩側(cè)征地范圍內(nèi)設(shè)置防護(hù)鐵絲網(wǎng)。

4 現(xiàn)場渠道基礎(chǔ)處理方案的調(diào)整

4.1 現(xiàn)場渠道基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)變化情況，從工程運(yùn)行安全、投資等方面綜合考慮，對(duì)渠道基礎(chǔ)處理措施擬定兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

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

方案二： 渠道基礎(chǔ)以下濕陷性粉土厚度小于10 m時(shí)，將粉土層全部挖除，采用砂礫石換填；渠道基礎(chǔ)以下濕陷性粉土厚度大于10 m時(shí)，只挖除渠道基礎(chǔ)以下10 m范圍內(nèi)粉土層，采用砂礫石換填。并加強(qiáng)渠道防滲措施，渠道防滲采用現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌，混凝土板下鋪設(shè)兩層防滲膜，即兩層兩布一膜，膜下部設(shè)一道水穩(wěn)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(duì)上述兩個(gè)方案從輸水渠道工程運(yùn)行安全、施工工期、工程投資等方面進(jìn)行綜合分析比較。

(1)從輸水渠道工程運(yùn)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(chǔ)穩(wěn)定；方案二渠道底高程以下10 m范圍內(nèi)粉土層全部挖除換填砂礫石，由原設(shè)計(jì)一層兩布一膜改為兩層兩布一膜，并將30 mm砂漿墊層調(diào)整為200 mm厚水穩(wěn)層，加強(qiáng)了渠道的防滲措施，以減小滲漏，并提高了渠道結(jié)構(gòu)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(guī)模較原設(shè)計(jì)增加，并增加了工期；方案二渠道底高程以下10 m范圍內(nèi)粉土層全部挖除換填砂礫石，加強(qiáng)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(shè)計(jì)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(jié) 語

通過總結(jié)大流量渠道失事的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定本設(shè)計(jì)方案，使得渠道基礎(chǔ)濕陷性粉土得以處理，并且加強(qiáng)了渠道的穩(wěn)定及防滲措施，為渠道安全運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范：GB 50025—2004[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 楊晉營.濕陷性黃土地區(qū)渠道基礎(chǔ)處理及防滲措施[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2004(3)：61-64.

[3] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范：DL/T 5079—2007[S].北京：中國電力出版社，2007.