楊利紅，李林可

（河北省水利水電第二勘測設計研究院，石家莊 050021）

南水北調中線總干渠工程膨脹土渠段渠基排水處理

楊利紅，李林可

（河北省水利水電第二勘測設計研究院，石家莊 050021）

膨脹土處理是南水北調中線工程總干渠的關鍵技術問題之一，技術難度大，質量要求高，膨脹土渠段渠基排水問題也是工程控制難點之一，南水北調邯邢段強膨脹及深挖方中膨脹土渠段渠基排水進行方案優(yōu)化設計對類似工程具有一定的借鑒作用。

膨脹土；渠基排水；南水北調

南水北調中線一期工程總干渠河北省邯邢渠段的膨脹土（巖）多位于龍崗地貌區(qū)，自然坡度整體較緩。膨脹土（巖）中富含以蒙脫石為主的親水礦物，具有吸水膨脹失水收縮特性，脹縮性強，裂隙和隱蔽裂隙發(fā)育，膨脹土（巖）具有復雜的工程特性，加強對強膨脹土和深挖方中等膨脹土（巖）渠段的排水處理措施。

1 膨脹土渠段地質條件

邯鄲、邢臺段的膨脹土（巖）按時代和成因劃分為，第三系湖相沉積粘土巖及粘土和第四系下更新統(tǒng)湖積、冰水堆積粘土。第三系（lN1）粘土及粘土巖，紫紅或棕紅色，粘土及粘土巖夾灰綠色斑塊，裂隙和隱蔽裂隙發(fā)育，裂面具臘狀光澤，常見有擦痕。表層多為粘土，下部為粘土巖夾砂土、砂巖等透鏡體。第四系下更新統(tǒng)湖相沉積（lQ1）粘土及壤土，下更新統(tǒng)冰水積湖積（fgl+lQ1）粘土、以灰綠色為基本色，雜灰白色、黃色、棕紅色。粘土致密，裂隙和隱蔽裂隙發(fā)育，裂面臘狀光澤，見擦痕。

邯鄲、邢臺段的膨脹土巖空間分布的明顯特征是不同膨脹等級的土隨機性強，不同等級的膨脹土相互“包容”。膨脹土巖具有吸水膨脹失水收縮特性，還具有隱蔽裂隙發(fā)育的特征。對邯鄲、邢臺段膨脹土巖試驗：粘土礦物蒙脫石含量23.36%～44.35%，伊利石含量6.39%～10.45%；比表面積195.57～415.70m2/g；陽離子交換量29.93～49.12meq/100g。膨脹土巖中富含以蒙脫石為主的親水礦物。

2 設計方案

2.1 粘性土換填

初步設計階段，對膨脹土處理采取換填粘性土措施：一級馬道以下強、中膨脹土換填厚度分別為2.5，2.0m，一級馬道以上強、中膨脹土換填厚度為1.5，1.0m。

2.2 渠基排水

膨脹土渠段渠基排水優(yōu)先采取外排，無外排條件且水質滿足要求的采取內排，其中一級馬道以上排水通過坡面排出。一級馬道以下在換填土上部設砂礫料墊層及排水盲溝，利用軟式透水管收集后通過逆止閥內排或外排。

2.2.1 排水系統(tǒng)設計

2.2.1.1 排水反濾層位置

由于排水反濾層在渠坡設置的位置不同，對地下水浸潤線的影響效果也不同。40+775渠道斷面為挖方渠道，渠坡為中膨脹土，渠道底寬18.5m，設計邊坡1∶3.25，挖深15m。確定排水反濾層位置對地下水浸潤線的影響，分別對兩種反濾層設置方案進行滲流計算：①排水反濾層設置在換填土層的頂面；②排水反濾層設置在換填層與膨脹土開挖渠坡之間。

計算結果表明，排水反濾層設置在換填層與膨脹土開挖渠坡之間的浸潤線較低。從地下水位角度考慮，排水反濾層設置在換填層與膨脹土開挖渠坡之間對渠坡穩(wěn)定有利，如圖1所示。

圖1 不同反濾料位置浸潤線

2.2.1.2 排水反濾層厚度

膨脹土裂隙內的地下水采用排水措施排出土體外，一方面可避免膨脹土的抗剪強度的降低，另一方面消除裂隙內積水對換填土的壓力。排水反濾層有利于疏干膨脹土裂隙水，反濾層的厚度對排水效果影響較大。按照反濾層設置的原則，水平反濾層的最小厚度采用0.3m，傾斜反濾層的最小厚度采用0.5m。渠底反濾料的厚度按0.3m考慮。

2.2.1.3 渠基排水結構型式

（1）排水墊層方案是在換填土和膨脹土開挖渠坡之間設置排水墊層，地下水通過渠坡排水墊層匯集至渠底排水墊層，再通過逆止閥排入總干渠。該方案排水效果較好，但對換填土的抗滑穩(wěn)定存在一定影響。

（2）排水盲溝方案是在換填土以下膨脹土開挖渠坡上設置排水盲溝，排水盲溝縱橫交錯，形成網狀結構，并與渠底排水墊層連通，再通過渠底逆止閥排入總干渠。該方案排水效果比排水墊層方案稍差，但對換填土的抗滑穩(wěn)定性影響較小。

3 設計方案優(yōu)化

由于膨脹土中裂隙的發(fā)育，夾沙層、透鏡體的存在，為排除膨脹土內地下水及上層滯水，對初設排水方式進行了變更設計。同時為避免地表水的入滲，增加了渠道地表的防滲措施。經方案比選、優(yōu)化，提出強膨脹土及深挖方中膨脹土渠坡處理方案。

3.1 膨脹土渠坡處理措施

膨脹土（巖）裂隙的存在大大加強了膨脹土的滲透性，同時由于換填土層的滲透系數較小，當上層滯水、地下水較高時，容易在換填土層與膨脹土結合面上形成承壓水，惡化換填土層的穩(wěn)定條件。

3.1.1 渠道換填土

對膨脹土處理采取換填粘性土措施，一級馬道以下強、中膨脹土換填厚度在設計變更中增加了換填厚度，強、中膨脹土渠段一級馬道以下換填土厚度初步設計分別為2.5，2.0m。設計對膨脹率較大、地下水位高于渠底的強膨脹土，一級馬道以下換填厚度增加到3.5m，地下水位低于渠底的，換填厚度采用3.0m。挖深大于15m的中膨脹土渠段一級馬道以下換填土厚度增加到2.5m。

3.1.2 渠道襯砌板厚度

初步設計階段，對土質邊坡，一級馬道以下渠坡、渠底混凝土襯砌板厚度分別為10，8cm。由于影響混凝土襯砌板的應力大小的主要因素是地基土的變形，目前換填土一方面抵抗膨脹土膨脹力，盡管換填土有一定的厚度，但仍然不可避免要發(fā)生一定的變形，其變形直接作用在混凝土襯砌板上，襯砌板厚度應能抵抗換填土的變形而不裂縫?？紤]到強、中膨脹土渠段的特殊性，為保證襯砌板穩(wěn)定，強、中膨脹土渠段混凝土襯砌板厚度增加到15cm。

3.2 渠基排水設計

3.2.1 換填層下部排水方案

設計變更采取渠底排水墊層和渠坡十字盲溝方案。在渠底換填層之下設置0.3m厚的砂礫料排水墊層，渠坡設縱橫向排水盲溝。渠坡垂直高度每2m在換填土靠近渠坡膨脹土開挖面的開磴部位設置排水反濾料，作為縱向排水盲溝，換填土與排水反濾料同時碾壓。渠坡根據排水量每隔4～8m設置一道橫向排水盲溝，盲溝頂高程為一級馬道換填層底部（換填層位置），與縱向排水溝和渠底排水墊層連通?？v、橫向盲溝內設置集水暗管，相互貫通?？v向排水盲溝一般深30～50cm，寬度根據過水斷面邊坡確定。渠坡靠近渠底部位每側設逆止閥一排，將地下水內排入渠。

3.2.2 換填層上部排水方案

換填土上部渠坡、渠底維持原初步設計的15cm砂墊層，在兩側坡腳及渠底中心位置各設置一道縱向盲溝，盲溝內設集水暗管，通過逆止閥內排水入渠。

3.2.3 左岸地面防滲排水設計

膨脹土渠段需要截流、防水，防止地表水滲入膨脹土體內，引起膨脹土的濕脹而影響邊坡穩(wěn)定。初步設計階段截流溝一般為土質截流溝，流速較大段采取干砌石防護，本次設計增加截流溝防滲措施。截流溝下部鋪設復合土工膜，土工膜以上設厚30cm保護土層，保護層以上為30cm干砌石。

4 結語

（1）強膨脹土及深挖方中膨脹土渠段渠基排水處理至關重要，需要根據工程情況優(yōu)化、選擇技術可行的處理措施。

（2）充分分析膨脹土（巖）工程地質特性，認識膨脹土（巖）裂隙的存在，膨脹土巖中的地下水有孔隙水和裂隙水，孔隙水賦存于砂土夾層中，裂隙水賦存于膨脹土巖的隱蔽裂隙中。

（3）重視排水措施，調整排水方式，選擇不同的渠基排水結構型式。

（4）增加換填粘性土厚度，地下水位在渠底以上的強膨脹及挖深大于15m的中膨脹土渠段換填厚度分別增加到3.5m和2.5m，強膨脹土無地下水渠段換填厚度增加到3.0m。

（5）對強膨脹土及挖深大于15m的中膨脹土渠段，渠坡、渠底混凝土襯砌板厚度增加到15cm。

［1］陳世剛，牟偉，劉軍.南水北調中線工程膨脹土渠段改性土施工中存在的困難及對策研究［J］.長江科學院院報，2013（9）.

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［5］王志波.混凝土低溫季節(jié)施工質量控制［J］.水科學與工程技術，2013（3）.

Treatment Measures for Channel Drainage of Expensive soil in the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project

YANG Li-hong，LI Lin-ke
（The Second Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China）

Treatment method of expensive soil was one of the key technical problems of the South-to-North Water Diversion Project.It has high technical difficulty and high quality requirements to deal with expensive soil.Treatment method of channel drainage in the segment with expensive soil was also one of the difficulties of project management.This paper provides optimization design of treatment measures for expensive soil and channel drainage of the deep cut segment with expensive soil of Handan-to-Xingtai Section in South-to-North Water Diversion Project.The results of this paper can give some references to the similar projects.

expensive soil;channel drainage;South-to-North Water Diversion Project

TV223.5；TU443

B

1672-9900（2014）03-0073-03

2014-04-25

楊利紅（1968-），女（漢族），河北張北人，高級工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設計工作，（Tel）0311-80966417。