泥岩段渠道横向排水方法研究

【摘要】针对新疆某加高扩建渠道在膨胀性泥岩段存在不同程度的渠坡鼓胀、渠底变形、渠堤发生小规模滑坡等问题，分析其产生的原因，对渠道采取全断面换填改造方案，提出设置纵向排水及横向排水措施，并从工程施工、运行管理、主要工程量等方面，确定合适工程运行特点的渠外沉井排水方案，为提高输水渠道的安全运行提供可靠保障。该排水设计方可为类似工程提供参考。A

【关键词】渠道；横向排水；泥岩；沉井

1、工程概况

北疆某加高扩建渠道工程为Ⅱ等大（2）型工程，其任务为城市和工业用水，并兼顾沿线农牧业和生态用水。加高扩建后设计输水流量57.00m3/s，该段渠线总长141.74km，其中，隧洞长14.89km，倒虹吸长5.32km，明渠长121.53km。原渠道断面结构为梯形断面，渠底宽6.00m，渠道内边坡1：2.50，外边坡1：1.75，渠顶宽4.50m，渠深3.50～5.60m，采用预制混凝土板衬砌结构。沿渠线通过的地貌为干燥剥蚀基底平原，总地势由北东向南西缓倾，穿越有大、中型封闭洼地及中小型洪积扇及中小型洪水冲沟。根据地质资料统计，渠段渠床分布的中、强膨胀泥岩长度为32.12km。

在建设初期，由于对泥岩特性认识不足，未对泥岩段进行换填处理。渠道运行期及长期受到融雪性积水的渗水影响，渠底及渠坡土体含水率处于饱和状态，当水位发生变化时，渠内外形成水位差，存在不同程度的渠坡鼓胀、渠底变形、渠堤发生小规模滑坡情况，影响渠道输水安全。

2、横向排水设计

2.1排水设计方案

根据工程规模，该加高扩建渠道将原渠堤加高0.70～1.80m，为防止泥岩膨胀对渠道产生破坏，对膨胀性泥岩基础渠段的改造方案进行全断面换填处理：下部换填0.80m厚透水性小的白砂岩料，上部换填0.40m厚透水性大的风化砂砾岩。在原渠底换填的透水砂砾石下层设置纵向排水体，排水体内铺设DN200 UPVC滤水管，同时设置横向排水集水井由两侧汇集滤水管内的渗透水。

由渠道纵向排水汇集在横向排水井的渗透水，需通过横向排水结构排出。在参考其他工程的设计方案以及对该工程运行的经验总结，渠道横向排水结构设计提出以下三个方案。

方案一（渠外沉井排水方案）：该方案在渠道右岸渠堤外侧埋设圆形预制钢筋混凝土竖井，竖井埋设深度13.00 m，井底高程相对对应桩号的渠底为-5.10 m，埋设DN180的PE管将渠底设置的集水井与排水井连通。集水井采用预制钢筋混凝土结构，尺寸为 1.10m×1.10m×1.10m（长×宽×高），沉井为现浇钢筋混凝土结构，井外径尺寸为DN3000。

方案二（渠外预制管井排水方案）：该方案在渠道右岸渠堤外侧埋设竖井，竖井埋设深度13.00 m，井底高程相对对应桩号的渠底为-5.10 m，埋设DN180的PE管将渠底设置的集水井与排水井连通。集水井采用预制钢筋混凝土结构，尺寸为 1.10m×1.10m×1.10m（长×宽×高），竖井采用预制钢筋混凝土井管，单节井管尺寸为3.00m（内径）×1.20m（高），

方案三（渠内排水方案）：该方案设置跨渠桁架桥，集水池由设置的DN500入泵钢管连接测桥。集水池采用钢筋混凝土结构，井外径尺寸为DN3000，池深3.4m；集水池盖板上设置800进人孔和500入泵孔。

2.2横向排水设计方案比选

以渠道加高扩建后渠顶高程相对渠底为7.40m的渠段处的横向排水结构进行研究，分别从施工条件、运行管理、主要工程量等方面对三种设计方案进行对比，比较结果见下表1。

由于工程为加高扩建工程，渠道输水期无法施工，施工期为10月中旬到次年4月中旬，扣除冬季停工期，实际施工时间仅有三个月，因此，施工工期紧张。方案二需大量机械开挖与人工回填土方，制约工期进度，且回填土不利渠坡的稳定；方案三虽然在施工方面工程量相对较少，工期短，但入泵钢管对渠道水流有阻滞影响，底板与集水池间止水安装质量要求较高；方案一虽然工期长，但沉井及水平钻孔施工可在输水期进行，可提高施工效率，同时，该方案无需大量开挖回填土方，对渠坡影响小，有利于渠坡的稳定，工程质量较高。经综合比较，本工程横向排水型式采用方案一，即渠外沉井排水方案。根据前期运行管理经验，沿渠线每隔500～600m设置一口横向排水井。

3、结语

针对新疆某加高扩建渠道运行期及长期受到融雪性积水的渗水影响，在膨胀性泥岩段存在不同程度的渠坡鼓胀、渠底变形、渠堤发生小规模滑坡等问题，分析其产生的原因，对渠道采取全断面换填改造方案，提出设置纵向排水及横向排水措施，并从工程施工、运行管理、主要工程量等方面，同时考虑渠坡稳定及工期的影响，确定合适工程运行特点的渠外沉井排水方案，为提高输水渠道的安全运行提供可靠保障。该排水设计方案可为类似工程提供参考。

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作者简介：张志雁（1984-），男（汉族），江西龙南县人，工程师，硕士，主要从事水利工程设计工作