浅谈引江济淮工程防渗排水设计中存在的问题及解决措施

汪 清

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

引江济淮工程由长江下游上段引水，向淮河中游地区补水，是一项以城乡供水和发展江淮航运为主，结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境等综合利用的大型跨流域调水工程。它既是当今标志性的重大调水工程，也是当代最具综合性的战略水资源配置工程，主要由引江济巢、江淮沟通、江水北送三段组成。其中江淮沟通段承担着向淮河输水和打通江淮航道双重任务，是引江济淮工程关键段落。江淮沟通段渠道沿线全线总长度为155.10 km，而且江淮分水岭段河道开挖深度较大，达46 m，渠道边坡较大，边坡高度大于12 m 的渠段长度约40 km。另外，江淮分水岭段渠道的上部边坡主要为膨胀土，下部多为遇水崩解的软岩。换言之，该渠段地形和水文地质复杂，极易造成雨水冲刷边坡或因地表水入渗而导致膨胀土滑动变形。因此，为保障该渠道系统长期有效的运行，解决其防渗排水问题成为关键。本文拟以江淮分水岭段渠道0+000-48+000段为例，对其防渗设计和排水设计进行详细研究，并提出科学合理地解决方案。

1 防渗排水工程存在的主要问题

1.1 因高边坡材料组分引起的渗透问题

江淮分水岭段渠道上部边坡主要是膨胀土，下部则是遇水崩解的软岩。膨胀土存在遇水膨胀、失水收缩等特性，因此对于膨胀土出露边坡而言，极易因地表水入渗或雨水冲刷等作用出现干湿交替，进而引发土体滑动变形。而软岩内部则存在高岭石、伊利石、蒙脱石等亲水性强的黏土矿物颗粒，当水进入岩石的孔隙、裂隙中时，易引起岩石发生膨胀、软化，同时细小岩粒的吸附水膜增厚，加剧了岩石体积的膨胀，随着含水率的循环变化，有可能引起岩石的崩解，并最终在风化作用、土体卸载和干湿交替等共同作用下导致边坡失稳。

1.2 渠道边坡的排水问题

1.2.1 因边坡高度过大引起的排水问题

根据《堤防工程设计规范》规定：高于6 m的堤防受雨水冲刷严重时，宜在堤顶、堤坡、堤脚以及堤坡与山坡或其他建筑物相结合部位设置排水设施，而江淮分水岭段河道开挖深，渠道边坡较大，边坡高度大于12 m的渠段长度约40 km，故而必须在高于12 m的边坡坡面设置雨水排水措施。

1.2.2 因地下水位高于设计输水位引起的边坡渗透破坏问题

江淮沟通线路除切岭段蕴藏一定的基岩裂隙水和上层滞水外，其他各段地下水主要为孔隙水。上层滞水、裂隙水一般无统一水位，其水位随季节和补给情况而变化，而孔隙水又可分为孔隙潜水和孔隙承压水。其中孔隙潜水主要分布于浅部粉质壤土中，其富水程度受土性变化而有所区别，主要受大气降水和地表水补给；孔隙承压水主要赋存于相对隔水层以下的砂壤土、粉细砂层中，并与其附近的河、湖存在密切的水力联系。勘测时正值枯水季节，河水位相对较低，测得派河、天河段钻孔水位高程为5.78～22.90 m，切岭段水位高程为33.90～51.10 m，东淝河段钻孔水位高程为16.09～26.0 m。勘测结果表明，该渠段附近地下水位均高于附近河水位，呈现出地下水补给河水的关系，沿线交叉河渠的河道水均需汇入输水渠道内，不具备自流外排的条件，故全渠段采用自流内排方式。

另一方面，由于地下水位高于渠底板和设计输水水位，且埋深仅有1～2 m，在运行期或施工完建期边坡后方的地下水扬压力较大，对换填土和护砌不利，容易发生渗透破坏，故而需要及时卸载边坡后方的水压力。

2 防渗排水有效措施

2.1 对膨胀土出露边坡设置防渗设计方案

高边坡尤其是膨胀土边坡的稳定事关施工期和运行期人员和船只安全，必须引起高度重视。根据膨胀土特性，为防止边坡膨胀土因干湿交替而产生变形，稳定边坡内突然含水率，对膨胀土出露边坡，提出全线采用换填水泥、换填改性土等处理措施，防止地表水入渗导致膨胀土体滑动变形。

2.2 对边坡较高的坡面设置雨水排水设施

结合工程特点，拟定在边坡高度大于12 m且坡级为3级及以上坡面设置雨水排水设施，主要包括坡面截水沟及排水沟，其平面布置图如图1所示。

图1 坡面排水设施平面布置图

2.2.1 截水沟设计

考虑到江淮沟通段渠道边坡多为膨胀土，不适宜采用蓄水型截水沟，故采用排水型截水沟的少蓄多排型。对于该种类型的截水沟而言，暴雨产生的坡面径流小部分蓄于沟中，大部分排出。根据设计频率暴雨坡面最大径流量，并采用明渠均匀流公式计算得到截水沟断面尺寸。初步拟定坡顶及马道上截水沟沟底宽0.5 m，沟深0.4 m，断面形状采用矩形断面。截水沟典型断面如图2所示。

图2 截水沟典型断面

截水沟分别布置在一级及以上平台沿平台内侧、挖方段坡顶管护道路两侧以及填方段坡顶外侧。其中坡顶管护道路两侧截水沟底部采用φ110 PVC排水管连通，间距设置为3.0 m，因坡顶截水沟高程随坡顶高程变化而变化，所以在坡顶截水沟顺水流向每隔50 m设一道小土，小土高为0.2 m。坡面布置的截水沟均采用C25混凝土结构，沟底宽0.5 m，沟深0.4 m，厚度为0.20 m。

2.2.2 排水沟设计

根据设计频率暴雨坡面最大流量，并采用明渠均匀流公式计算得到排水沟断面尺寸。兼顾预制格式生态护坡要求，竖向排水沟间隔26.7 m布置一道。布置的排水沟均采用C20混凝结构，沟底宽0.4 m，高0.2 m，壁厚0.15 m。典型断面如图3所示。排水沟上部与坡顶外侧截水沟连接，下部高程位于一级平台以下1.0 m。

图3 排水沟典型断面

2.3 为调整坡后水压力设置渗排水设计方案

由于河道所处的位置地下水位较高，埋深仅1～2 m，边坡后方的水压力较大对边坡稳定不利，需要及时卸载边坡后方的水压力，为此在膨胀土与换填水泥土之间设置排水盲沟、三维排水网等排水设施进行坡内排水。在中风化岩边坡坡面喷射混凝土防护时埋设φ80PVC排水导管排水。坡内渗排水设施平面布置如图4所示。

图4 坡内渗排水设施平面布置图

根据《土工合成材料应用技术规范》要求，用作反滤、排水的土工织物应具有保土性、透水性与防堵性。因此，设置坡面的反滤排水材料为内支撑式塑料排水盲沟，外包裹土工布。其中，土工布规格为200 g/m2土工布，塑料排水盲沟顺坡向直径采用150 mm，垂直坡向直径采用200 mm。导渗盲沟结构图如图5所示。

图5 导渗盲沟结构图

布置渗排水措施时尚需考虑渠道边坡的材料类型，对于膨胀土边坡而言，在一级以上边坡铺设φ150内支撑式塑料排水盲沟，如图5a所示，盲沟平面上采用Y形布置，上部斜向45度，竖向间距20.0 m。在每阶平台处设置纵向排水盲沟，沟内铺设φ200内支撑式塑料排水盲沟，如图5b所示，并以间距2.0 m布置一根φ80PVC排水管，将盲沟中的渗水导入平台截水明沟内。同时，边坡若有集中渗水点，在渗水点处打入长5.0 m的φ80PVC开孔排水管。而对于崩解岩边坡而言，宜在中～微风化岩边坡坡面喷射混凝土防护时埋设长0.2～0.7 m的φ80PVC开孔排水管排水，并初拟间距2.5 m，具体间距及位置视开挖面出水点情况确定。

3 结束语

引江济淮工程江淮分水岭段渠道的地形和水文地质复杂，极易因雨水冲刷或地表水入渗等原因造成膨胀土边坡失稳。本文对该渠道0+000-48+000段真实面临的主要问题进行了分析，因地制宜地提出了相应的解决方案，并设置了一系列防渗、排水设施。该研究结果可为后续工程或其他类似工程提供一定的借鉴价值。