一种高地下水挖方渠道边坡排水体系及施工方法与流程

本发明涉及渠道边坡工程，具体涉及一种高地下水挖方渠道边坡排水体系及施工方法。

背景技术：

1、为进一步优化配置水资源，需要大力推进水网建设。作为水网的主骨架和大动脉，根据线路需要，重大调水工程均大范围地采用开挖渠（河）道，这些开挖渠道穿越大量的高地下水位地区，尽管开挖后全断面换填黏土保护渠道，避免衬砌面板受扬压力破坏，并采取了衬砌面板下的排水措施，运行期仍面临高地下水挖方渠道边坡及过水断面衬砌面板的长期稳定问题。

2、加之近年来全球气候变化，极端天气事件呈现趋多趋频趋强趋广态势，暴雨洪涝灾害的突发性、极端性、反常性越来越明显，进一步威胁了高地下水挖方渠道边坡的长期稳定。一些工程近年来先后遭遇了多次暴雨灾害，水毁严重。在特大暴雨期间，多处高地下水挖方渠段地下水位抬升明显，导致过水断面换填区坍塌，以及衬砌面板隆起、错抬甚至漂浮等，是当前工程运行的重大隐患。此外，这些工程是多个重要城市的主力水源，常年运行、停水检修机会少，施工设计阶段采用可靠、有效的排水系统，是保障高地下水挖方渠道安全运行的关键技术问题。然而，对于高地下水渠道已有排水系统在实际使用中，还存在以下不足之处：

3、（1）未考虑或未充分考虑过水断面以上的高地下水排泄，当遭遇特大暴雨时，侧向补给引起地下水的迅速抬升，导致地下水水位高于过水断面，并通过马道与换填区之间的空隙进入衬砌面板下方，导致衬砌面板隆起、错抬甚至漂浮，威胁供水安全。

4、（2）未考虑或未充分考虑换填区后的高地下水，尤其是当换填区内黏土填筑质量不佳，存在施工质量缺陷或运行后产生不均匀沉降时，高地下水渗入换填区，导致换填区出现整体或局部坍塌，威胁工程安全。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种高地下水挖方渠道边坡排水体系及施工方法，具有明确合理的排水分布，地下水排出顺畅，渠道运行安全可靠。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高地下水挖方渠道边坡排水体系，包括从下至上依次设置的渠底、一级边坡和二级边坡，所述渠底和一级边坡配合形成过水断面，所述渠底底部以及一级边坡后部设置有联通的底部换填区和斜坡换填区，所述斜坡换填区底部与底部换填区底部设置有联通的横向集水联通砂带，所述斜坡换填区后部还设置有采用土工布包裹的三维复合排水网垫，所述斜坡换填区顶部且位于一级边坡和二级边坡之间设置有马道，所述二级边坡与马道相邻的下部设置有排水暗沟；

3、所述渠底下方设置有第一排水管路子系统，所述第一排水管路子系统用于将底部换填区以下的地下水排出至渠道内；

4、所述一级边坡后部设置有第二排水管路子系统，所述第二排水管路子系统用于将斜坡换填区以下的地下水排出至渠道内；

5、所述排水暗沟内设置有第三排水管路子系统和竖向集水井并填埋有砂砾石反滤料，所述第三排水管路子系统将斜坡换填区以上的地下水排出至渠道内，所述竖向集水井伸入并穿过排水暗沟下方的透水层并用于地下水位测压和排水，所述马道下部设置有与排水暗沟相邻的黏土截渗齿槽。

6、进一步的，所述第一排水管路子系统包括设置在横向集水联通砂带联通下方的第一纵向集水管、与第一纵向集水管联通的第一竖向排水管，所述第一竖向排水管穿过横向集水联通砂带、底部换填区和渠底至渠道内，所述第一竖向排水管的排水端上设置有逆止阀。

7、进一步的，所述第二排水管路子系统包括设置在三维复合排水网垫下方的第二纵向集水管、与第二纵向集水管联通的第二横向排水管，所述第二横向排水管穿过三维复合排水网垫、斜坡换填区和一级边坡至渠道内，所述第二横向排水管的排水端上设置有逆止阀。

8、进一步的，所述第三排水管路子系统包括设置在排水暗沟底部的第三纵向集水管、与第三纵向集水管联通的第三横向排水管，所述第三横向排水管穿过马道下方、一级边坡至渠道内，所述第三横向排水管的排水端上设置有逆止阀，所述第三横向排水管表面设置有混凝土截渗环。

9、进一步的，所述排水暗沟位于马道和二级边坡的两侧均设置排水沟，所述排水暗沟表面设置有混凝土压重块，所述竖向集水井采用桥式滤水钢管装配而成，所述竖向集水井顶部设置有预制混凝土井盖。

10、进一步的，所述渠底与一级边坡之间还设置有坡脚齿墙，所述渠底和一级边坡均通过从内之外依次布置的中粗砂集水排水垫层、土工膜和衬砌面板组成，所述斜坡换填区靠近坡脚齿墙一侧还设置有粗砂回填盲井，所述粗砂回填盲井内设置有逆止式排水器，所述逆止式排水器用于收集斜坡换填区表面的水并排出至渠道内。

11、进一步的，先计算确定渠道的横断面内的地下水的集水流量，根据集水流量计算确定第一纵向集水管、第二纵向集水管和第三纵向集水管的直径。

12、一种高地下水挖方渠道边坡排水体系的施工方法，包括如下步骤：

13、步骤1、在对地面进行开挖并开挖至要求设计断面，形成渠底开挖断面、一级渠坡开挖断面以及二级渠坡开挖断面，在渠底开挖断面和一级渠坡开挖断面底部采用中粗砂逐层填筑形成横向集水联通砂带，并采用进退错距法、平板振动夯垂直于水流方向碾压，碾压完成后采用灌砂法检测相对密度；

14、步骤2、在一级渠坡开挖断面的渠坡上，采用中粗砂并通过人工逐层填筑，在中粗砂上安装固定包裹土工布的三维复合排水网垫；

15、步骤3、在三维复合排水网垫下部且下方安装第二纵向集水管，周围回填砂砾石，并每间隔一定距离设一道第二横向排水管，第二横向排水管的排水端位于渠道内并安装逆止阀；在渠底的横向集水联通砂带下方安装第一纵向集水管，每间隔一定距离设一道第一竖向排水管，竖向排水管的排水端位于渠道内并安装逆止阀；

16、步骤4、按设计要求完成渠底开挖断面、一级渠坡开挖断面上的土方填筑，得到底部换填区和斜坡换填区，在底部换填区和斜坡换填区的坡脚处开挖并浇筑坡脚齿墙；

17、步骤5、在底部换填区和斜坡换填区表面采用中粗砂逐层填筑，然后在表面安装复合土工膜并铺设衬砌面板，形成过水断面；

18、步骤6、在二级渠坡开挖断面下部开挖有排水暗沟；

19、步骤7、采用反循环回转钻机在排水暗沟内造孔，并布设竖向集水井；在排水暗沟底部位置布设第三纵向集水管，并每间隔一定距离设一道第三横向排水管，第二横向排水管穿过斜坡换填区顶部至渠道内并安装逆止阀；

20、步骤8、采用砂砾石填充排水暗沟，并在顶部设置预制混凝土块压重，在第三横向排水管四周用混凝土回填并制备为马道；

21、步骤9、在排水暗沟上部的二级边坡开挖端面上采用中粗砂逐层填筑、安装复合土工膜并铺设衬砌面板，形成二级边坡，在二级边皮上采用机械式螺旋钻孔得到横向排水孔，完成施工。

22、进一步的，在斜坡换填区下部靠近坡脚齿墙的位置处开挖设置粗砂回填盲井，在粗砂回填盲井内安装逆止式排水器。

23、进一步的，将竖向集水井与第三纵向集水管联通。

24、本发明的有益效果：

25、1、本发明针对当前普遍采用的换填区防渗、降低衬砌面板扬压力的防渗措施，以及衬砌面板下排水措施等挖方渠道渗控措施的实际和不足，联合渠底下方的第一排水管路子系统、一级边坡后部的第二排水管路子系统以及排水暗沟内的第三排水管路子系统，可有效提高挖方渠道边坡地下水的排出效率，且不影响施工，特别适用于含强透水或者高地下水位的挖方渠道边坡。

26、2、当地下水位高于渠道水位时，地下水可以通过第一排水管路子系统、第二排水管路子系统和第三排水管路子系统的配合，降低地下水位，减少衬砌面板扬压力；本发明设计的渠道边坡排水系统，所设的排水量能满足特大暴雨洪水时的高地下水位排水需求，确保过水断面以上、过水断面后部和底部的各个区域地下水的及时排水，保证了底部换填区和斜坡换填区的抗滑稳定性和过水断面处衬砌面板的抗浮稳定性。

27、3、第一排水管路子系统、第二排水管路子系统和第三排水管路子系统结构新颖，各排水管路子系统功能明确，分别承担过水断面以上、斜坡换填区后和底部换填区下的排水功能，使黏土换填降低衬砌面板下扬压力的方法普遍适用于高地下水位、强透水渠坡场景中。

28、4、第三排水管路子系统与竖向集水井配合排水暗沟排出过水断面以上的高地下水，同时设计了排水暗沟内的反滤层、排水垫层，充分发挥了集水、排水、反滤、防护等功能，具有可靠性、有效性强等优点，竖向集水井伸入并穿过下方的透水层，竖向集水井可兼做地下水位测压管，以及可兼做应急降水抽排井使用。