膨胀岩高地下水渠段换填施工的实践

□刘东雨（河南省水利勘测有限公司）

膨胀岩高地下水渠段换填施工的实践

□刘东雨（河南省水利勘测有限公司）

文章针对南水北调中线一期工程总干渠黄河北某段膨胀岩高地下水位复杂地质环境施工存在的问题，分析了该段水文地质条件的特点以及其对工程安全和工程质量的影响。有针对性的提出采取“放为主，抗为辅”的施工理念。通过施工中的各种不同的排水措施的实施，较好的完成了施工任务，经过长时间的检测，施工质量满足要求，工程可安全的运行。通过南水北调工程实践证明“放为主，抗为辅”的施工理念能够较好的解决了这一问题，可为类似工程提供实践借鉴。

南水北调；膨胀岩；高地下水；换填施工；工程实践

0 引言

南水北调中线一期工程总干渠黄河北某段膨胀岩换填渠段长度3.37 km，该段渠道主要位于泥灰岩、粘土岩中，岩体互层状，均匀性差，地下水多为孔隙-裂隙型上层滞水。泥灰岩、粘土岩的工程特性较差，通常具裂隙性、膨胀性、崩解性、干缩等特性，并对干湿环境变化具有高度敏感性，其裂隙发育，控制了岩体透水性，使得地下水分布具有无规律性，从而给膨胀土换填、渠道衬砌带来不良作用。另外受膨胀性和裂隙性影响，岩体抗剪强度明显降低，影响边坡的稳定和渠道运行安全。总干渠明渠段设计采用全断面衬砌，对于该渠道膨胀岩高地下水渠段，换填土施工环境和质量，直接受制于裂隙性地下水。针对不同地质概况，采取“放为主，抗为辅”的施工理念，对分布无规律的地下水采取压力释放、渗流排除，在渠道衬砌设计上加强对扬压力的抵抗作为辅助补强，较好解决了这一问题。

1 工程地质条件

渠段地下水主要赋存于软岩丘陵和丘前冲（坡）洪积斜地的下游过渡地带，地质结构属软弱厚层膨胀泥岩层状结构。岩性上部为棕黄、棕红色粘土岩和黄色泥灰岩，岩性相变频繁；下部为灰白色泥灰岩，局部相变为砂岩、砂砾岩；岩体整体均匀性很差，呈互层状、透镜体状分布。

该段地下水类型为上第三系孔隙裂隙水，含水层主要为下部灰白色泥灰岩和该层中的砂砾岩透镜体。场区地下水受气候影响具动态变化特征，勘察期间该段实测地下水位高程85.00～86.20 m，位于渠底板附近；预测多年高水位高程90.00～92.20 m，高于渠底板，低于渠道运行水位；施工期实测该段地下水位高程87.50～88.00 m，低于渠底板，高于膨胀土换填底板。

由于泥灰岩含水层透水性受裂隙、溶蚀发育程度、成岩程度和砂岩、砂砾岩透镜体分布范围影响很大，其透水率差异较大，其中棕黄色泥灰岩透水率q=4～9Lu，为弱透水性；灰白色泥灰岩、砂砾岩透水率q=15～98 Lu，为中等透水性，但是受裂隙影响岩体透水性极不均匀，主要沿裂隙渗透，开挖面可形成裂隙性出水点、线，地下迳流没有规律性，工程措施有效性难以一概而论。

2 处理措施

膨胀岩裂隙发育，多数裂隙面光滑，并有擦痕，裂隙内充填物细腻、膨胀性强。由于裂隙的作用，在渠道开挖后卸荷的作用下，会成为地下水移动通道，使岩体的抗剪强度降低，对渠道边坡的稳定不利。针对膨胀岩的裂隙发育特性，以及其对环境干湿变化的敏感性，膨胀岩地基一般采用换填非膨胀粘性土的处理措施，起到“隔水保湿”的效果。这种处理措施对于一般地下水位低的渠段效果良好，但在地下水位较高的渠段存在换填土施工困难，同时由于水位高，换填土和岩体结合面处存在水压力，对换填土边坡稳定非常不利。

针对不同的地质情况，应采用不同的处理方式，因此文章提出对膨胀岩高地下水渠段换填施工采取“放为主，抗为辅”的施工理念，也就是对分布无规律的地下水采取压力释放、渗流排除。根据地下水位与渠底的距离采取了两种排水措施，1#排水措施在地下水位高于渠底3 m时采用，2#措施在地下水位不高于渠底3 m时采用。

2.1 1#排水措施布置

渠底每隔8 m布置一个逆止阀，逆止阀与上部直径150 mm的软管连接，软管连接与渠底的纵向透水暗管。渠坡面同样是每隔8 m布置一个逆止阀，逆止阀连接一个在坡面上横向布置的直径150 mm的PVC管，PVC管与坡面上纵向布置的透水暗管连接。

坡面上间隔1.50 m布设三维排水网垫，网垫与纵向布置的透水暗管连接，铺设部位和范围可根据实际情况做相应调整。

2.2 2#排水措施布置

渠底每隔8 m布置一个逆止阀，逆止阀与上部直径150 mm的软管连接，软管连接与渠底的纵向透水暗管。渠坡面同样是每隔8 m布置一个逆止阀，逆止阀连接一个在坡面上横向布置的直径150 mm的PVC管，PVC管与坡面上纵向布置的透水暗管连接。与1#方案不同的地方是在坡面上布置两道横向的排水管，一道在距离坡脚高3 m以上，一道在距离坡脚高3 m一下。同样的逆止阀也布置两道。

坡面上间隔1.50 m布设三维排水网垫，网垫与纵向布置的透水暗管连接，铺设部位和范围可根据实际情况做相应调整。

3 现场实践

3.1 工程降水措施

根据渠道现场开挖情况，地下水位高于渠底，且水位随季节变化，地下水位变幅2～4 m。地下水对渠道换填施工及换填土稳定有较大的影响，换填土施工无法顺利进行。根据现场情况选择以下两种降水方案。一是地下水大面积出露，且均匀分布的。采用排水沟加竖井降水，竖井按40～50 m一个设置或在渗流量大的部位（增）设置；二是地下水为为集中渗水点（面）出露的，在渠底排水系统形成的同时，根据渗流的不同特性，采用分点、分面引排方案。

施工时加强了现场具体工况的应对措施，从降水措施到渠道排水和防护，严把施工质量、施工程序，渠坡、渠底配套措施同步施工，现场监测落实到位。加强渠道边坡的巡视，发生异常现象及时上报并采用相应的防护措施。对有边坡隐患的渠道段边坡，采取位移监测，监测方法采用“视准线”监测。

4 结论

针对膨胀岩高地下水这一特殊工况，采取“放为主，抗为辅”的施工理念，经过有效降水措施的实施，降低了第三系泥灰岩、粘土岩中的地下水位，为后序永久排水沟槽的开挖和排水管、排水网垫及砂垫层的铺设创造了良好的干场作业环境。经过永久排水设施和临时排水设施有机结合排水，确保粘性土换填施工不但能够顺利的进行，而且保证了施工进度和质量。经过汛期的监测，排水设施能较好把换填土后的裂隙地下水排入渠道，保证了渠坡的稳定。

［1］马文英等.降雨渗流及超载影响下膨胀土渠坡失稳模式研究［J］.南水北调与水利科技，2014（14）.

［2］蔡耀军.膨胀土开挖边坡稳定性预测研究（第1版）［M］.武汉：长江出版社，2015.

［3］宋明乐.渠道膨胀岩换填高地下水段降水措施［J］.建筑工程技术与设计，2014（16）.

编辑：张进平刘长垠

TU457

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：1673-8853（2017）08-0043-02

2017-5-25