劉慶春

（福建路港（集團(tuán)）有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

渠道施工中糙率系數(shù)和邊坡穩(wěn)定兩個因素對施工有重要的影響。其一是糙率系數(shù)n的取值，在進(jìn)行斷面設(shè)計施工時，糙率n取值過大或者過小，都將影響斷面大小及輸水渠道的過流能力及工程投資，從而影響整個工程[1]。其二是邊坡穩(wěn)定對渠道的影響。本工程輸水渠道土質(zhì)邊坡與巖質(zhì)邊坡均有分布，邊坡高為4 m～15 m，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察，邊坡穩(wěn)定性較差，在設(shè)計中一定要加強(qiáng)防護(hù)措施，防止邊坡發(fā)生滑坡或坍塌問題，影響施工人員安全和渠道結(jié)構(gòu)安全，也會影響投資。

1 工程概況

新建潼南縣大石橋水庫輸水干渠有桃花灣干渠、史家溝干渠和李家溝支渠、周家溝支渠等?？傞L占整個輸水線路的65%以上，其中桃花灣干渠總長2.477 km，輸水渠道設(shè)計底坡為1/1000～1/2000，斷面大小采用1.2 m×1.5 m砼斷面襯砌厚30 cm。本文選取該輸水渠道為典型渠道，該輸水渠道斷面設(shè)計圖見圖1。

圖1 桃花灣干渠橫斷面圖

本工程渠道沿線為山坡地，地形地貌相對起伏較大，地表零星分布第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土夾碎石，下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組泥巖夾砂巖。巖層產(chǎn)狀為N55～75°E/NW＜3～5°，裂隙較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化帶厚約2.0 m～3.2 m，無嚴(yán)重不良地質(zhì)現(xiàn)象。渠道邊坡為土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡：坡高一般4 m～15 m。

2 糙率的選擇

2.1 糙率n的影響因素

渠道渠道糙率n的選取不僅與渠道過水?dāng)嗝妗⑶来植诙燃斑吔鐜缀涡螤钣嘘P(guān)，還受到渠線彎道、漸變斷面、及水質(zhì)(含沙)、施工技術(shù)及質(zhì)量、以及養(yǎng)護(hù)條件等因素影響，本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求，列出渠道混凝土襯砌糙率系數(shù)的推薦取值[2,3]，見表 1。

表1 輸水渠道糙率系數(shù)取值推薦表

由表1可知，輸水渠道在施工過程中施工技術(shù)與質(zhì)量的控制、渠道澆筑完成后的灑水養(yǎng)護(hù)、后期運(yùn)行管理及渠道維護(hù)對渠道糙率大小的影響甚大。現(xiàn)澆輸水渠道砼襯砌施工中從沙石料的篩選、混凝土拌和澆筑到拆模等工序，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，都會直接影響施工質(zhì)量。后期由于管理維護(hù)不善，輸水渠道會出現(xiàn)水生物及泥沙淤積，都直接影響混凝土糙率系數(shù)n值的變化。以上這些因素，導(dǎo)致糙率設(shè)計取值與實測成果存在差異。

2.2 實際工程資料取值

根據(jù)設(shè)計規(guī)范現(xiàn)澆混凝土渠道襯砌糙率采用值為[4]：澆筑技術(shù)一般為0.012～0.016，澆筑技術(shù)良好為0.012～0.014。通過對國內(nèi)已建長距離引水工程的設(shè)計取值調(diào)研，幾個城市供水工程輸水渠道洞設(shè)計糙率如下：北京引潮入京工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.014；甘肅引大入秦工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.015；甘肅引洮供水1期、2期工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.015；天津引灤入津工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.015；山西引黃入晉工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.014；寧波白溪水庫引水工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.014；掌鳩河引水工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.014；牛欄江調(diào)水工程現(xiàn)澆混凝土渠道，n=0.014。

2.3 糙率敏感性分析

考慮到渠道占輸水線路總長接近90%，在投資中占主導(dǎo)，這里對該輸水渠道混凝土糙率取值變化對斷面尺寸大小的影響進(jìn)行敏感性分析。敏感性分析原則為：在設(shè)計流量Q=17 m3/s、底坡i=1/1000一定的情況下，擬定不同的底寬，求得相應(yīng)的水深及過水?dāng)嗝妫ＷC凈空面積為20%左右，具體比較見表2。

表2 渠道混凝土襯砌糙率敏感性分析表

從表2可以看出，隨著糙率每增加0.001，渠道斷面基本為均勻增加，雖增加的幅度不大，平均約為0.18 m2，占平均面積的9.8%，糙率變化對渠道斷面的影響不大，對工程量的影響不大，但總趨勢是糙率越小渠道工程量越小，投資越省。參考有關(guān)資料及國內(nèi)已建、在建長距離引水工程的取值，以及當(dāng)前的澆筑技術(shù)水平，從適當(dāng)留有余度考慮，本工程仍主要依據(jù)規(guī)范的中間值選取新建輸水渠道混凝土內(nèi)襯砌糙率為n=0.014。

2.4 現(xiàn)場實測值對比分析

2.4.1 糙率的計算

目前工程上普遍采用謝才公式和曼寧公式推算糙率系數(shù)，因為輸水渠道按無壓渠道考慮，滿足無壓明渠均勻流計算公式，本文利用《水力學(xué)》中曼寧公式對輸水渠道糙率反推計算，計算公式如下[5]：

式中：v為渠道的斷面流速，m/s；i為渠道的比降；R為渠道的水力半徑，m。

2.4.2 測量結(jié)果對比分析

盡管該新建輸水渠線較長，但圍巖地質(zhì)條件相差不大，施工技術(shù)以及后期養(yǎng)護(hù)等相同，本文只選取0+250、1+550和2+225三個典型渠道斷面，對渠道斷面幾何尺寸與水力學(xué)要素進(jìn)行測量，得到2組實測數(shù)據(jù)，利用曼寧公式對渠道糙率計算進(jìn)行反推，得到實測糙率系數(shù)，渠道實測斷面尺寸、水力要素及糙率計算結(jié)果見表3。

表3 輸水渠道典型斷面實測糙率計算結(jié)果表

輸水渠道采用現(xiàn)澆C20混凝土矩形斷面，應(yīng)用現(xiàn)場實測斷面尺寸、渠道比降等數(shù)據(jù)對糙率系數(shù)n進(jìn)行反推計算，典型斷面1（0+250）處計算糙率為0.0147，計算結(jié)果大于設(shè)計值0.014，一方面是因為渠道軸線在此樁號處有轉(zhuǎn)角，設(shè)計時按渠道順直考慮的，另一方面是由于輸水渠道實測比降（1/870）大于渠道設(shè)計比降（1/1000）而引起的，導(dǎo)致輸水渠道實測糙率大于設(shè)計糙率。典型斷面2（1+550）處計算糙率為0.0143，比設(shè)計值0.014要大，主要也是因為斷面幾何尺寸和輸水渠道比降兩個方面的影響。典型斷面3（2+225）處計算糙率為0.013，比設(shè)計值0.014要小，主要是因為輸水渠道比降的影響。

3 施工中滑坡穩(wěn)定分析

3.1 可能導(dǎo)致滑坡的因素

（1）渠道邊坡屬層狀同向結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，軟弱夾層（泥巖）、層間泥化夾層和巖層面對邊坡穩(wěn)定起控制作用，開挖邊坡不僅切挖坡腳形成臨空，失去阻擋，亦同時開挖切層使層面、層間泥化夾層貫穿至臨空面。

（2）施工開挖揭露出層間泥化夾層為軟塑狀粘土，厚度10 cm～30 cm，呈不連續(xù)分布，取樣試驗結(jié)果為高液限、高塑性指數(shù)粘土（飽和度97.03%，塑性指數(shù)為27.3，粘粒含量＜0.005為54.9%），飽和快剪強(qiáng)度為粘聚力27 kPa、內(nèi)摩擦角10.9°，低于初設(shè)潛在滑動面計算抗剪強(qiáng)度取值（粘聚力16 kPa、內(nèi)摩擦角15°）。

（3）開挖邊坡形成后，坡面掛網(wǎng)噴混凝土和排水溝、邊坡表層排水孔施工未全部施工結(jié)束，加固護(hù)坡措施未起到作用，若邊坡長時間暴露則有可能導(dǎo)致滑坡。

（4）施工中若遇到持續(xù)強(qiáng)降雨，使邊坡巖土體飽水，邊坡巖土體排水不暢，下滑力增加，同時邊坡巖土體飽水使巖體力學(xué)指標(biāo)下降，抗滑力降低。

（5）工程施工放炮震動波對邊坡穩(wěn)定亦構(gòu)成影響。

3.2 采取的工程措施

若在施工過程中遇到以上可能產(chǎn)生滑坡的因素[6,7]，那么在施工現(xiàn)場應(yīng)及時組織設(shè)計工程師、監(jiān)理工程師及施工技術(shù)人員，綜合考慮地形、地質(zhì)條件、施工技術(shù)水平及難易程度等因素，選擇施工安全、能有效快速控制滑坡活動的以預(yù)應(yīng)力深錨支護(hù)為主的綜合治理方案，即：清除滑坡體+削坡減載、深層采用預(yù)應(yīng)力錨索、坡面錨桿+噴混凝土、排水等措施[8]。

1）清除滑坡體+削坡減載措施

采用分臺開挖，上層邊坡開挖坡比1∶1.6，下層邊坡開挖坡比1∶1.5，開挖坡比根據(jù)滑坡、揭露的地質(zhì)情況可適當(dāng)調(diào)整。結(jié)合錨索施工在上層邊坡中間位置設(shè)3 m平臺，并及時清除滑坡體。

2）深層預(yù)應(yīng)力錨索措施

在滑坡體范圍內(nèi)根據(jù)滑坡面大小，設(shè)置一定數(shù)量的鋼絞線組成的1000 kN錨索，設(shè)計長度30 m、40 m，錨固深度以進(jìn)入弱風(fēng)化石英砂巖≥6 m。

錨墩置于坡面錨拉板上，錨拉板采用C25鋼筋混凝土板，厚40 cm厚，錨索錨頭采用C30混凝土封閉。

3）坡面錨桿+噴混凝土措施（淺層錨固措施）

坡面布置錨桿間排、距為3 m，錨桿長4.5 m、9 m，采用C20混凝土掛網(wǎng)封閉，混凝土厚10 cm。

4）排水措施

坡頂設(shè)排水溝，排水溝斷面為矩形和梯形，矩形斷面為0.5 m×0.5 m，梯形斷面為底寬0.3 m，頂寬0.8 m。排水溝采用C20混凝土襯砌。

坡面設(shè)排水孔，排水孔間排距10 m。

4 結(jié)語

本文以實際工程為例進(jìn)行渠道砼襯砌糙率的選擇和分析渠道施工時可能發(fā)生的各種因素對邊坡穩(wěn)定的影響，并提出了一些具體措施，來保障施工安全，通過這兩個重要的影響因素，得到以下結(jié)論：

（1）經(jīng)過國內(nèi)大型輸水隧洞鋼筋混凝土襯砌糙率系數(shù)的取值研究，隧洞混凝土襯砌糙率系數(shù)在0.014～0.015之間，部分隧洞糙率系數(shù)取值為0.016，但隨著施工技術(shù)不斷提高，隧洞過水面比較光滑，近年來的取值也有所降低。

（2）渠道砼襯砌糙率系數(shù)敏感性分析，將選擇得到的糙率設(shè)計值n與現(xiàn)場實際測量計算所得的糙率值進(jìn)行比較，我們可以看出，糙率的影響系數(shù)由渠道的斷面、比降及表面光滑程度等共同決定，在進(jìn)行混凝土襯砌糙率比選時一定要結(jié)合各種因素綜合考慮。

（3）渠道施工過程中，邊坡穩(wěn)定對輸水渠道的影響很大，施工設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)施工經(jīng)驗設(shè)計從各個角度考慮造成邊坡失穩(wěn)的因素，并提出應(yīng)對邊坡失穩(wěn)及邊坡室溫后的處理措施，為渠道施工順利施工提供安全保障。