南水北调中线陶岔至鲁山段渠道防渗排水设计.pdf

第 4 5卷 第 6期 2 0 1 4 年 3 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r V0I ． 4 5． No． 6 Ma r ．，2 01 4 文章 编号 ： 1 0 0 1— 4 1 7 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6— 0 0 0 4— 0 3 南水北调中线陶岔至鲁山段渠道防渗排水设计 黄 炜， 刘 清 明， 冷 星 火 ( 长江勘测规 划设 计研 究院 规划处 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 为 了减 少南水北调 中线工程 总干渠的输 水损失 ， 采用渠道 全断面现浇混凝土衬砌的 防渗措施 ， 对于土质 较好且渗透 系数 较小的全挖方 渠段 ， 能够起 到较好的防渗 作 用。针 对存在侧 向或 者垂 直渗 漏 问题 的渠段 ， 采 用复合 土工膜加 强防渗。对于衬砌结构在地 下水位 高于渠水位时可能发生失稳的安全 隐患， 设计 了由排水垫 层 、 透水软管和逆止 阀等配套 的排 水设施 ， 并在 渠坡 采用 塑料 排 水盲沟作 为排 水垫层 。现 场施 工 实践 表 明， 这些排水措施取得 了良好效果。 关 键 词 ： 渠道防渗 ；衬砌 排水 ；复合 土工膜 ；南水北调 中线工程 中 图法 分 类 号 ：T V 6 7 文 献 标 志码 ：A 1 工程概况 南水北调中线工程总干渠 陶岔至鲁山段是南水北 调 中线一 期 工 程 的起 始 段 ， 起 点 为 陶 岔渠 首 闸下 3 0 0 m， 终点 位 于鲁 山县 薛寨 北 ， 线 路 全 长 2 1 5 ． 5 1 1 k m， 其 中 渠道 长 2 0 5 ． 9 6 8 k m( 全 挖方 渠道 累计 长 7 0 ． 8 7 7 k m， 全填方渠道累计长 2 0 ． 5 5 6 k m， 半挖半填渠道累计长 l 1 4 ． 5 3 5 k m) ， 建 筑物 累 计长 9 ． 5 4 3 k m。 陶岔至 鲁 山 渠 段 起 始 于 南 阳 盆 地 的西 部 边 缘 地 区， 沿伏牛山脉南麓山前 岗丘地带及山前倾斜平原 ， 穿 越 伏牛 山东 部 山前古 坡 洪积 裙及 淮河 水 系 冲积平原 后 缘地带。渠段地貌形态 以低矮的垄岗与河谷平原交替 分布为特征 ， 间夹基岩残丘。地质结构划分为岩体 、 土 岩体双层和土体三大地质结构类 型，渠段地下水赋存 条件可分为第 四系孔隙裂隙潜水 、 承压水和砂砾岩裂 隙 一孔 隙 承 压 水 3种 类 型 。 该 渠 段 分 布 有 膨 胀 土 ( 岩 ) 的渠段 ， 累计 长 约 1 6 6 ． 1 2 3 k m， 约 占渠 段 总长 的 8 0． 6 5％ 。 渠 道渠 首 设 计 流 量 为 3 5 0 m ／ s ， 加 大 流 量 为 4 2 0 11 1 ／ s ， 设计 水 深 8 ． 0 m； 段 末 设 计 流量 为 3 2 0 m ／ s ， 加 大流量为 4 0 0 m ／ s ， 设计水 深 7 ． 0 m。渠道纵坡一 般 为 1 ／ 2 5 0 0 0， 石方渠段纵坡为 1 ／ 1 7 0 0 0 ， 渠道过水断面 采 用 梯 形 断 面 ， 土 质 渠 道 边 坡 系 数 为 2 ． 0～3 ． 5 ， 石 质 渠 道边坡 系 数为 0 ． 5 ， 土 质 渠 道设 计 底 宽 1 0 ． 5～2 5 ． 5 m， 石质渠道设计底宽 2 8 m。 2 渠道防渗设计 2 ． 1 衬砌 设计 为减 少输 水损失 ， 同时便 于机 械化 施 工 、 保 证工 程 的耐 久性及 减 少沿 程 水 头损 失 ， 南 水 北 调 中线 输 水 渠 道 过水 断 面采 用现 浇混凝 土衬 砌 。衬砌 范 围为 全断 面 衬 砌 ， 即过 水 断面 的边 坡 和渠 底 。填 方 渠 道 衬 砌 至 堤 顶 ， 挖方渠 道 衬砌 至一 级马道 。 渠道 衬砌 结构 型 式 为矩 形 板 ， 考 虑渠 底 衬 砌 混 凝 土浇 筑条 件 和稳定 性 较 渠坡 好 ， 土 质 渠道 衬 砌 板 的厚 度采 用渠底 8 c m， 渠坡 1 0 c m； 岩质 渠段 考 虑采用 模 筑 混凝 土 ， 衬砌 厚 度 为 2 5 c m。 陶 岔 至 鲁 山 段 经 过 的地 区为气候 温 和地 区 ， 根 据有关 要 求 ， 渠道 衬砌 混凝 土采 用 的 强 度 等 级 C 2 0 ， 抗 冻 等 级 为 F I O 0 ， 抗 渗 等 级 为 W 6。 衬砌设置纵 、 横 向伸缩缝 ， 均采用矩形缝 ， 分通缝 和 半缝 ， 纵 向分缝 除渠 底齿 墙 内侧 为通缝 外 ， 其余 均 为 半缝 ， 纵缝间距根据渠道底板宽度和渠坡长度确定： 渠 坡纵向分缝间距 为 4 m， 若渠坡顶剩余长度不 足 1 ． 0 m， 则顶端分缝间距可大于 4 m； 渠底纵缝 间距 2 ． 0 9～ 4 ． 0 9 m。衬 砌横 缝 间距 为 4 m， 每 隔 1 6 m 设一横 向通 收 稿 日期 ： 2 01 4—0 1—1 7 作者简介 ： 黄 炜 ， 女 ， 高级 工程 师 ， 主要从 事水利工程规划和设计 工作 。E—m a i l ： h u a n g w e i @c j w s j y ． t o m． c n 第 6期 黄 炜， 等 ： 南水北调 中线 陶岔 至鲁 山段渠 道防渗排水设计 5 缝 。渠坡半缝缝深 7 ． 5 c m， 渠底半缝缝深 6 ． 0 c m， 缝 宽均 1 ． 0 c m， 一般临水侧采用聚硫 密封胶填缝 ， 镶嵌 深 度 为 2 ． 0 c m， 下部 闭孔 塑 料泡 沫板 深度 为 4 ． 0～ 5 ． 5 c m。在渠 底有 交叉 建筑 物 穿 过 的渠段 ， 根 据建 筑 物 的 宽 度布 置横 缝 。 为避免雨水 冲刷掏空渠坡 ， 导致 混凝 土衬砌板破 坏 ， 在边 坡混 凝 土衬 砌 板 顶 部 设 置 水 平 封 顶 板 。挖 方 渠 段封 顶 板 宽 度 1 5 c m， 填方 和半 挖 半 填 渠 段 封 顶 板 宽 度 3 5 c m。 封顶 板 厚 1 0 c m， 与 边 坡 衬 砌 现 浇 为 一 体 ， 但 与路 缘 石 分 离 ， 缝 宽 2 c m， 表 面 2 c m 填 聚 硫 密 封 胶 ， 下部 用水 泥砂 浆填 缝 ， 见 图 1 。 ( a ) 挖方渠段 ( b ) 填方 渠段 图 1衬砌封顶板结构 ( 单位 ： c m) 为保证 渠 坡衬 砌 板 稳 定 ， 坡 脚 设 置 齿 墙 。对 于 地 下水 位 低 于渠底 的填 方渠 段 ， 齿墙 为倒 梯 形 ， 底 宽 0 ． 4 m， 高度 0 ． 5 m， 见 图 2 。对于地下水 位高于渠底 的渠 段 ， 齿 墙底 宽 0 ． 8 m， 高度 0 ． 5 m， 见 图 3 。 — 图 2 地 下水位低 于渠底的全填方渠段衬砌齿墙 ( 单位 ： c m) 2 ． 2加强防渗措施 对 于 土 质较 好 、 渗 透 系 数 小 于 1 0 c m ／ s的 全 挖 方渠段 ， 混凝土衬砌 已经起到较好 的防渗作用 ， 且地下 水位常年高于渠道设计水位渠段 ， 不存在渠水外渗而 造成渗漏损失问题 ， 因而不再加强 防渗。但对于填方 渠 道 、 地下 水位 低 于设计 水位 的渠段 ， 且渠 坡 和渠底 分 布有砂 、 砂砾石层 ， 一般都存 在侧 向或垂直渗漏问题 ， 必 须加 强 防渗 。设计 采 用复合 土 工膜 加强 防渗 。 图 3 地下水位 高于渠底 的渠段衬砌齿墙示意 ( 单位 ： c m) 根据《 土工合成材料应用技术规范》 ( G B 5 0 2 9 0— 9 8 ) 的规定和衬砌板抗滑稳定要求 ， 选用 5 7 6 g ／ m 的 两布一膜复合土工膜作为加强 防渗材料 ， 其 中膜选用 厚 0 ． 3 m m 的 聚 乙烯 土 工 膜 ； 布 选 用 宽 幅 ( 宽 大 于 5 m) 聚酯长丝针刺土工布 ， 规格为 1 5 0 g ／ r n 。要求复合 土工 膜 断 裂 强 度 不 小 于 1 4 k N ／ m， 顶 破 强 度 不 小 于 2 ． 5 k N， 撕破强度不小于 0 ． 4 k N， 复合 土工膜 的土工 织 物与混 凝 土板 的摩擦 系数 不小 于 0 ． 5 。 复合 土 工膜铺 设 在 混 凝 土衬 砌 板 及 封 顶 板 下 ， 并 压在 路缘 石下 ( 见 图 1 ) ， 接 缝采 用焊 接方 式 ， 焊接 宽 度 1 5 c m， 铺设 方 向由下游 向上 游 ， 上游边 压下 游边 。 不铺设防渗土工膜 的渠段， 衬砌板分缝 的填缝材 料 全部采 用 聚 乙烯 泡 沫板填 缝 。 3 渠道排水设计 该渠 段 分布 于 岗垄 间 ， 上 层 滞 水 水 位 高于 渠 底 高 程 ， 渠段内基岩裂隙孔 隙水或第 四系孔隙裂 隙水多低 于 渠水位 ， 开 挖形 成渠 道 后 低 于 渠 底 高程 的层 间地 下 水 ， 对渠道基本上无影响。而地下水高于渠底板时 ， 对 渠道衬砌结构安全稳定及施工将产生不利影响。渠道 排 水设 计主 要是在 衬 砌 板 下 布 置排 水 设 施 ， 以保 证 渠 道 运行 与检 修 时 衬 砌 结 构 的安 全 稳 定 及 基 坑 干 地 施 工 。 该渠段地 下水 高于渠底 的渠段 累计长 1 7 3 ． 5 3 9 k m， 均 采用 逆止 阀 内排 的排 水措 施 。 内排 工 程措 施 主 要 由排水 垫 层 、 透 水 软 管 、 逆 止 阀 等组 成 ， 且 相 互 间连 通 ， 逆止阀与渠道连通 。当地下水位高于渠道水位时 ， 逆 止 阀受压 开启 ， 地下 水 排人 渠道 ； 当地 下水 位低 于渠 道 水位 时 ， 逆 止 阀复位 关 闭 ， 避 免渠 水外 漏 。 为保证排水效果 ， 降低逆止 阀淤堵的可能性 ， 在渠 坡及渠底中心设逆止阀 ， 其中渠坡采用拍 门逆止阀， 其 下 缘距 渠底 5 c m， 设置 在渠 坡底 部齿 墙 内与排 水 P V C 6 人 民 长 江 2 0 l 4年 管连接( 见图 3 ) ； 渠底采用球形逆止阀， 布置在渠底 中 心 ， 通过 三通 管 与设 置在 渠底 纵 向排 水 盲 沟 内的 透 水 软管 连 接 ( 见 图 4 ) ， 排水 盲沟 底宽 5 0 a m， 深 6 2 c m， 边 坡 1 ： 0 ． 3 。透 水 软 管 内侧 为钢 丝 骨 架 ， 外 侧 为纤 维 缠 绕粘结 ， 直径 2 5 a m， 能将排水垫层汇集的地下渗水 由 逆止阀快速排出。逆止阀间距根据排水管的集水量及 逆 止 阀 的排 水 量确 定 ， 该 渠段 逆止 阀间距 为 8～ 2 0 m。 I 。 。I 图 4渠底 中心 处排 水布置示意 ( 单位 ： e m) 为加 强排 水效 果 ， 排 水 垫 层 一 般 采 用 强 透 水性 的 砂 砾料 或 中粗 砂 。考虑 到 在渠 坡上 铺设 中粗 砂 垫层施 工较 困难 ， 且 材料 质量 及施 工 质量难 以保证 ， 结 合南 水 北 调 中线 工程 南 阳膨 胀 土 试 验 段 研 究 成果 ， 渠 坡 采 用 塑料排水盲沟 ( 排水板) 作 为排水垫层可 以解决上述 问题 ， 并 可节 省投 资 。 因此 ， 陶岔 至鲁 山段渠 坡 衬砌 板 下 铺 设 塑料 排 水 盲 沟 ， 见 图 5 。顺 渠 向排 水 板 为 人 字 形 ， 厚 3 a m， 宽 2 0 C IT I ， 铺设 在 每块衬 砌板 中间 ； 衬 砌 横 向缝 下设 置直 线 型 排 水 板 ， 板 厚 4 C 1T I ， 宽 2 0 e m， 齿 墙 后斜 坡段 排水 板 厚 为 8 c m， 与齿 墙 底 的排 水 盲 沟 ( 底 宽 1 0 c m， 深 2 0 c m) 连通 ， 排 水 盲沟 内铺 设 1 0 0的透 水软 管 与齿 墙 内的 P V C管 连通 ( 见 图 3 ) 。 挖方及填筑高度小于 1 ． 5 i n的半挖半填渠段 ， 排 水板( 直线型及人字型 ) 顶高程 为一级马道或渠顶高 程 以下 1 ． 5 n l 。填 筑 高 度 大 于 1 ． 5 I n的 半 挖 半 填 渠 段 ， 只在非 填筑 的 渠坡 上铺 筑 排 水 板 。渠 底 排 水 垫 层 仍采用粗砂垫层。 一一 一 —— 一一一 ⋯一 ～ 。 7 1 一< ／ ／ 2 0 0 I ■ 、 一 I 一一 一J L - ， ^ 品I 图 5渠坡 排 水板 布 置 示 惫 ( 单 位 ： a m) 4 结 语 南 水北 调 中线工 程运 行期 的渠 水渗 漏关 系 到总 干 渠 的输 水经 济效 益 ， 因此 ， 总干 渠 陶岔 至鲁 山段 的大 多 渠段采取了防渗工程措施 ， 由此可能引起检修或其他 工况下地下水位高于渠水位 ， 地下水不能渗 出， 对衬砌 结 构安 全 稳 定 造 成 威 胁 的 情 况 出现 。 为 解 决 上 述 问 题 ， 设 计采 用 了由排 水 垫 层 、 透 水 软 管 、 逆 止 阀等 组 成 的排水 工 程措施 ， 并 根 据 南 水 北 调 中线 工 程 南 阳试 验 段 的研 究 成果 ， 在渠 坡采 用 塑 料排 水 盲 沟 ( 排 水 板 ) 作 为排水垫层 ， 从现场施工情况看 ( 相当于检修工况 ) ， 取得 了 良好效 果 。 ( 编辑 ： 李 慧) An t i— — s e e p a g e a nd d r a i n a g e d e s i g n f o r Ta o c h a t o Lus ha n s e c t i o n o f S o u t h— t o— No r t h Wa t e r Di v e r s i o n p r o j e c t H U A N G We i ，L I U Q i n g m i n g ，L E N G X i n g h u o ( P l a n n i n g a n d D e s i g n De p a r t me n t ，C h a n g j i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y，Pl a n n i n g，De s i g n a n d R e s e a r c h，Wu h a n 4 3 0 0 1 0，C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o r e d u c e w a t e r d e l i v e r y l o s s o f Ma i n C a n a l i n Mi d d l e Ro u t e P r o j e c t o f S o u t h—t o—No r t h Wa t e r Di v e r s i o n， t he a n t i—s e e p a g e me as u r e s o f wh o l e—s e c t i o n c o n c r e t e l i n i n g wa s a d o p t e d．wh i c h i s e ffe c t i v e f o r t he wh o l e—e xc a v a t e d c an a l wi t h b e t t e r g e o t e c h ni c a l c o n di t i o n a nd s ma l l pe r me a bi l i t y c o e f f i c i e n t ． Bu t f o r c a na l s e c t i o n wi t h l a t e r a l a nd v e rti c a l s e e pa ge p r o b l e m， t he c o mp o s i t e g e o—me mbr a ne i s n e c e s s a ry t o s t r e n g t h e n t h e a nt i—s e e p a g e de s i g n。Th e l i ni n g s t r uc t u r e mi g h t b e un s t a b l e i n t he c a s e o f u nd e r g r o u nd wa t e r hi g h e r t h a n c a na l wa t e r ；t he r e f o r e t he d r a i na g e s o l ut i o n，co ns i s t e d o f dr a i n a g e bl a n ke t ，p e r v i o us ho s e a n d c h e c k v a l v e，wa s d e s i g n e d a nd t he p l a s t i c b l i n d dr a i na g e di t c h wa s us e d i n c a n a l s l o pe ．Th e i n—s i t u p r a c t i c e s h o ws t ha t t he d r a i n a g e me a s u r e s we r e e f f e c t i v e． Ke y wo r d s ： a n t i —s e e p a g e o f c a n a l ；d r a i n a g e o f l i n i n g ；c o mp o s i t e d g e o—me mb r a n e ；Mi d d l e Ro u t e P r o j e c t o f S o u t h—t o— No r t h W a t e r Di v e r s j o n ●