地下水处理技术在渠道工程中的应用

郭英武 高建新 董少渠

（河南省陆浑水库管理局）

0 引言

地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的因素，绝大多数滑坡都与地下水的活动有关。南阳地区属湿润大陆性气候，年平均气温14～15℃，多年平均降水量815 mm，主要集中在6-9月份，具有年际变幅大和年内分配不均的特点，地下水位一年四季变幅大。南水北调中线一期南阳段方城四标桩号TS151+164～TS151+464渠段，地下水位高于渠道设计水位，渠道底板位于砂砾层或砂砾岩与膨胀岩结合部位，地层透水性强，渗水压力大，易出现涌水涌砂问题，且受膨胀岩遇水膨胀，失水收缩的影响，对工程建设造成了巨大的困难，采取合理的工程措施疏排地下水，对保护工程的安全尤为重要。

1 渗控技术设计

根据前期试验和开挖情况，结合施工临时降水与永久渗控需要，为减小衬砌板下扬压力，保证衬砌板的稳定性，同时减少渠水外渗，该渠段采取防排结合的渗控方案：在该段渠顶外侧各设置一道纵向塑性混凝土防渗墙；开挖过程中，由于渗水量大，需在渠坡上设置排水盲沟，将渗水引入集水坑进行抽排，开挖完成后，在渠底设置三道排水盲沟，盲沟中埋设透水软管，间隔一定距离连接竖向排水减压管、逆止阀；改性土换填、渠道衬砌削坡成型后，渠坡设置排水板与渠坡底部齿槽内永久排水系统连通，渠底铺设粗砂垫层与齿槽排水系统相连，铺设复合土工膜，浇筑混凝土面板，防止渠水外渗，安装逆止阀，使外水内排。

1.1 塑性混凝土防渗墙设置

防渗墙轴线布置在渠道设计坡顶外2 m，防渗墙墙厚为30 cm，抗压强度等级为C2.5，防渗墙底部贯穿渠基强透水层进入弱透水防渗依托层内，局部防渗依托层为粘土或粉质粘土时，墙体进入深度按2 m控制，采用履带式液压成槽机成孔、泥浆护壁的成槽工艺和导管法混凝土浇筑方法进行施工。

1.2 开挖基面排水系统设置

渠道开挖时，强透水层位置以下坡面径流量大，采取在强透水层上开挖横向盲沟，靠近下部位置开挖纵向盲沟，盲沟内填充用土工布包裹的级配碎石，将水流引至渠底集水井进行抽排。

渠道开挖成型后，在渠道中心和两侧距坡脚2 m处共设置3 条纵向排水盲沟，断面为梯形断面，底宽30 cm，边坡1∶1，沟深50 cm，沟内采用土工布包裹碎石回填，碎石中埋设Φ250透水软管，每隔50 m 设置一个Φ200 的竖向排水减压管，减压管伸至渠道衬砌表面，在渠底改性土换填时要加强保护，后期排水减压管内安装承插式球形逆止阀。

先填筑1 m厚砂砾石排水垫层，砂砾石碾压后相对密实度≤0.75，确保渠底建基面满足设计要求，同时保证承压水不对换填的水泥改性土、混凝土衬砌面板带来抗浮稳定安全隐患，然后进行渠底1 m、渠坡1.50 m的全断面水泥改性土换填。

1.3 改性土换填

改性土换填是渠道工程施工中的一个关键环节，坚实的改性土既是渠道混凝土衬砌板基础，又可抵御高地下水对渠道边坡土体的反复侵蚀破坏。水泥改性土按照膨胀性的强弱，一般水泥掺量为4%～6%，采用厂拌法拌和，用25 t 自卸车运到工作面，进占法卸料，用推土机摊铺，平地机配合人工整平，铺土厚度不超过30 cm，在最优含水率情况下，采用20 T 凸块振动碾静碾2遍+振动碾压6遍，保证压实度≥98%。

1.4 永久排水系统安装

采用渠坡削坡机对改性土边坡进行精削坡，人工小型切割机刻槽后按设计要求安装排水板，顺渠向排水板为人字形，厚3 cm，宽20 cm，间距2 m，衬砌纵向缝与人字形排水板顶端对齐；衬砌横向缝下设置直线型排水板，板厚4 cm，宽20 cm，齿墙后斜坡段排水板厚为8 cm。渠坡排水板与坡脚齿槽底部的排水盲沟相互联通。渠坡排水板布置详见图1。

图1 渠坡排水板布置图

渠道两侧坡脚齿墙内的纵向排水主管道是渠坡和渠底排水的结合点，排水主管道Φ250，单根长度4 m，采用四（或五）通接头管相连。渠坡渗水顺坡面排水板经齿墙后的加厚排水板进入齿槽下方的20 cm×20 cm的盲沟内，盲沟内土工布包裹碎石，内埋10 cm纵向透水软管，透水软管每4m向上用PVC管和接头管连通。渠底中心设置纵向排水盲沟，盲沟内采用土工布包裹粗砂回填，粗砂中埋设直径Φ110 透水软管,透水软管集水，每隔20 m 接逆止阀内排。靠近渠底两侧渗水通过粗砂垫层进入接头管伸入渠底的渗水收集管中。排水主管道每16 m用五通接头管相连，其余位置连接为四通接头管，五通接头管处垂直坡面外伸PVC管，安装逆止阀，将管道内的渗水向渠内排出。

排水系统安装完成后，先浇筑渠坡和齿槽，然后渠底铺设10 cm砂垫层，其上铺设复合土工膜防渗，衬砌混凝土，切缝，嵌填聚氯密封胶，安装逆止阀，渠道工程施工完成，施工临时降排水停止。齿墙永久排水系统布置详见图2。

图2 齿墙永久排水系统布置图

2 渗控效果分析

施工临时降排水停止后，由于渠道衬砌面板的封闭作用，地下水从坡脚和渠底的逆止阀正常流出，2014年夏季，雨季地下水水位升高，该渠段逆止阀排出的地下水达1m多深，渠坡未出现裂缝、滑坡，渠底未出现浮托现象，外水内排效果明显。2014年12月份，南水北调中线一期工程通水以来，渠道内外水平衡互通，工程运行一直平稳正常，渠道防渗系统设置科学合理。