常见典型地形地貌环境下渠道破坏的原因分析与处理措施_廖建.pdf

四 川 水 利2023.No.3常见典型地形地貌环境下渠道破坏的原因分析与处理措施廖 建，胡秋越(四川水发勘测设计研究有限公司，成都，611731)【摘要】渠道是水利工程中重要的引水及排水建筑物，其修建及运行过程中常见因岩土体变形导致结构破坏的现象。文章对渠道在常见典型地形地貌环境下的破坏原因进行了分析，对渠道破坏模式进行总结，并结合实际情况提出了处理措施建议。【关键词】填方渠道面板开裂破坏原因中图分类号:TV698.2文献标志码:A文章编号:20951809(2023)030032030引言水利工程是重要的民生工程，渠道是水利工程中重要的引水及排水建筑物，线性渠道沿途穿越不同类型的地形地貌单元，稳定性受多种因素综合控制。受勘察设计工期的限制，渠道设计选线的初期将灌面、水位、流量、施工难易程度等因素考虑在首位，渠道所经过的工程地质条件因素往往滞后考虑，不利地质条件地段可能在渠道修建或运行过程中才会暴露出来。渠道稳定性问题主要还是边坡岩土体问题，这里的边坡不仅含渠顶以上开挖边坡，也含渠槽边坡。渠道结构破坏模式主要有坡体变形截断渠道、水土压力折断渠道面板、坡顶滚石砸破渠道结构等。渠道运行状态的稳定直接关系着供水和用水效益的发挥，因此探讨渠道稳定性对水利工程建设具有重要意义。行业内少有正式书籍刊物系统地研究渠道破坏问题，本文将结合施工中出现的渠道破坏现象分析总结其原因，并提出处理措施建议。渠线布置位置的不同决定着不同的地形地貌结构单元，其破坏模式亦有不同之处。四川中部地区总体地貌为中低山浅丘地貌，渠道多布置在山腰斜坡、缓坡平台、开阔洼地区域，渠道破坏原因及模式也有所区别。1绕斜坡渠道破坏模式及处理措施为了保证灌面、水位及流量要求，渠线可能布置于斜坡坡腰区域，平行于等高线展布。斜坡坡度一般 1225，覆盖层厚度 1m4m，物质组成为坡残积粉质黏土夹碎石，结构稍松散稍密，透水性较强，地下水埋深大，承载力一般满足要求，自然坡体处于基本稳定稳定状态。渠道开挖时将坡体分割为上下两个边坡，上边坡常为高陡边坡(靠山侧边坡)，靠山侧边坡被渠身开挖抽槽切脚，边坡类型可能为覆盖层边坡、覆盖层与强风化基岩混合边坡、强风化基岩边坡。开挖后边坡处于欠稳定状态基本稳定状态，降雨之后边坡后缘可见细小微张裂隙，处于缓慢蠕动变形阶段，基槽内常见局部垮塌。由于后缘裂隙规模小不易察觉，加之垮塌方量极小，施工中并未引起足够重视，常在清理基槽后继续施工。后缘裂缝在后续降雨工况下继续扩张，滑面逐渐贯通，边坡产生明显位移变形，破坏渠道结构。这种情况常发生在植被较稀少的强风化红层软岩斜坡或坡残积覆盖层斜坡区域，坡面截排水措施效果差，雨水大量下渗软化并饱和岩土体为边坡变形的主要诱因。不仅如此，渠道抽槽后雨水常从槽内渗入下方坡体，渠道后期自身的渗漏也会进入下方坡体，导致下方边坡稳定性降低，一旦失稳将造成渠道结构裸露悬空，危及渠道运行期安全。1.11.1渠道破坏模式渠道破坏模式232023.No.3四 川 水 利毗河供水一期工程明渠段施工中基槽被掩埋，浇筑完的面板整体倾倒，面板歪斜错缝破裂等现象时有发生，面板多次修补、拆除、重浇，最终改结构型式或局部微调轴线解决。1.21.2建议处理措施建议处理措施(1)针对绕斜坡布置的渠道，应尽量在可研和初设阶段查明所在斜坡的地形地貌，地层岩性等工程地质条件，评价渠道修建过程中及运行中的边坡稳定性，争取在前期通过调线或预设工程措施解决隐患。在施工期应加强地质预报工作，加强巡视，及时提供地质资料给设计专业，如有必要可进行补充勘察工作。(2)将渠道结构变更为渠顶带撑杆的配筋明渠结构，加强渠道防渗漏措施。靠山侧视需要修建贴坡挡墙，或将渠道轴线局部调整，避开斜坡区域，重新布置于开阔平台区。(3)设置监测点，加强运行维护管理，实时掌控渠道及边坡变形情况。(4)不建议在绕斜坡段采用暗渠、埋管等暗埋结构型式，原因是渠道渗漏水进入坡体不易察觉而失去抢修机会，持续渗漏导致下方边坡变形失稳，连带渠道结构破坏引起渠水泄漏，产生更大的破坏和损失，挽救难度大。采用明渠结构相较于暗埋结构在一定程度上渗漏现象便于发现，能及时采取修复措施。2填方渠道破坏模式及处理措施规范要求渠线布置宜短而平顺，宜避免深挖、高填1，故在山区地形起伏较大的区域为了避免大规模削坡或填筑，一般将轴线控制在坡面近距离处，渠道为半挖半填或填方型式。坡面结构一般为风化破碎松散岩体与浅覆盖层混合结构，自然坡体稳定，坡面汇水面积较大。填筑料一般来源于附近隧洞土石方开挖的新鲜石渣料，填料级配参数控制难度较大，填筑参数一般要求干密度1.95g/cm3，压实度0.96，新鲜石渣料较容易达到填筑指标，但填筑体内部仍然存在较多空隙，透水性较强。填筑区一般地下水埋深大，不发育，一般工况下填筑体稳定性也能保证。靠山侧渠顶与坡面之间空余区域的物质组成为松散坡残积堆积体或石渣碾压回填体，受地形限制，碾压操作不便，导致该区域岩土体渗透性较强。影响填方渠道稳定性的主要因素是空余区域的截排水措施是否能充分发挥导排作用，主要原因有两点:雨季时靠山侧基槽边坡岩土体在地表水下渗后通常有临时性的滞留水位，水位高低常变动，因此靠山侧面板背部受动水压力持续作用;四川省境内红层区分布较广，红层区主要岩石为粉砂质泥岩和砂岩，近年来的水利工程建设中均发现粉砂质泥岩耐崩解性较差，湿度及含水率变化时产生的胀缩现象较明显，具有弱膨胀性2，故靠山侧面板背部常受其膨胀力作用。面板主要受上述两种力作用，渠内输水水位较低时面板两侧受力不平衡，面板外侧水土压力大于内侧输水水压力，面板产生破坏。相较于靠山侧，坡外侧面板破坏却很少发生，主要原因是坡外侧渠身填筑体不受地表水下渗影响，水位一般在渠道底板结构以下，不存在额外水土压力。布置于开阔洼地区域的渠道在施工中也发现存在面板破坏现象，但面板破坏的程度和数量要弱于斜坡填方区域渠道。布置于此种地形地貌的渠道基本为覆盖层挖方渠道，建基面和渠身均处于坡残积黏性土内，或底板处于基覆界面附近，渠身处于黏性土内。降雨时地下水位上升，高于渠道底板，面板外侧水土压力大于内侧输水水压力，底板及侧面板产生破坏。2.12.1渠道破坏模式渠道破坏模式毗河供水一期工程梯形明渠段面板施工后一遇到强降雨工况，靠山侧面板常出现连续多块破裂，底部水平面板也有隆起错断破坏现象。裂缝总体上分布在面板高度 1/3 1/2 区域，水平延伸。某些面板出现上下两条缝，下部裂缝明显凸向渠内，上部裂缝为下部破裂后持续受力折断所致。面板破裂后如不及时修复处理，渠水可能大量进入填筑体，最后引起填筑体失稳，形成泥石流产生次生灾害。2.22.2建议处理措施建议处理措施(1)靠山侧渠顶与坡面之间空余区域建议碾压密实，采取减少地表水下渗措施，在该区域边缘修建纵横截排水沟将地表水引入附近排水系统。(2)靠山侧面板上在高度 1/3 处设置逆止阀(允许面板外侧填筑体内的渗水进入渠内，减小水土压力，隔断渠内水进入填筑体)。(3)加强面板防渗措施，减少渗入填筑体水量，尽量使填筑体湿度及含水率保持不变，从而减弱粉砂质泥岩产生的膨胀力。(下转第 74 页)33仇长波:甘孜州磨子沟磨子水电站工程枢纽结构设计2023.No.34结语本文对磨子水电站首部枢纽总体布置，闸坝、非溢流坝、进水口和闸室基础处理设计进行了详细的介绍。在本工程设计过程中，借鉴了国内类似工程设计的经验;结合工程地形地质条件，在闸坝、非溢流坝、进水口及基础处理等方面进行了优化设计。截至目前，磨子水电站已投产发电，工程运行良好。参 考 文 献 1 汪少军，李胜东，仇长波，等四川省甘孜州磨子沟磨子水电站工程可行性研究报告 内江:四川省内江水利电力建筑勘察设计研究院，2014 2 谢乾坤拉拉山水电站闸基深厚覆盖层的防渗措施研究 J 科技创新与应用，2022，12(20):118121 3国家能源局水闸设计规范:NB/T 350232014 S 北京:中国电力出版社，2014:20，7071作者简介:仇长波(1986.08)，男，天津蓟州人，工程师，大学本科，学士学位，主要从事水利水电工程结构设计工作。Email:454717167 (上接第 33 页)(4)增加靠山侧面板厚度，抵御水土压力。(5)局部调线避开填方区域，或考虑将渠道结构变更为带撑杆矩形配筋明渠。(6)开阔洼地处的渠道，建议在面板外侧设置纵横砂砾排水带，底板之下设置纵向排水带与面板侧排水带相连通，将结构附近地下水引入附近排水系统3，同时在底板和侧面板上设置逆止阀。3软岩较软岩互层渠道破坏模式及处理措施川中红层区的软岩较软岩互层分布较广，软岩主要为粉砂质泥岩，较软岩主要为砂岩。软岩抗风化能力低，常风化剥蚀成凹腔，较软岩抗风化能力强于软岩，二者互层形成陡缓交替的陡斜坡地貌。临空处较软岩发育有较多卸荷裂隙，与岩层层面一起相互切割形成不稳定危岩体。渠道上方的危岩体常由于地形所限或树木遮挡而没有得到彻底清除，渠道施工及运行时上方危岩体受外界扰动、裂隙充水、附近隧洞钻爆开挖震动等原因产生倾倒、滑塌坠落危及下方渠道安全。3.13.1渠道破坏模式渠道破坏模式软岩较软岩互层处渠道破坏模式较单一，主要为上方危岩体坠落砸坏渠道的撑杆、面板。带伤渠道在运行过程中逐渐漏水，引起岩土体变形失稳。3.23.2建议处理措施建议处理措施(1)对裂隙发育、危岩体分布广的地段调线避让。(2)渠道施工前对上方的不稳定体进行清除，锚定。(3)渠道改成暗渠，并在表面覆盖土石方褥垫。4结语本文针对渠道破坏原因进行了初步分析，提出了建议防治措施，可为川中丘陵区的渠道勘察设计提供参考。布置于不同地质条件区域的渠道其破坏原因也不尽相同，但上述破坏现象在建设中普遍存在，也是最为主要的破坏现象。渠道稳定性问题的核心是边坡岩土体问题，在前期勘察作业中应查明相关不利工程地质条件并作出评价，及时反馈设计，选择合适轴线，能减少建设过程中产生的处理费用。参 考 文 献 1 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局灌溉与排水工程设计标准:GB 502882018 S 北京:中国计划出版社，2018:27 2 张 浩，邹诗绮，潘正泉毗河供水一期工程明渠衬砌面板开裂成因研究 J 中国水运，2019，19(9):177178 3 贾晓伟水利工程渠道滑坡的成因及防治措施 J 中国新技术新产品，2010(03):110作者简介:廖 建(1987.01)，男，四川仁寿人，工程师，硕士研究生，从事地质工程技术服务。Email:303409182 47