苑 征

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002)

1 新疆伊犁某水电站工程简介

新疆伊犁某水电站是DJEGL河水电规划“两库四级”梯级开发方案的第三级电站，采用引水式开发方案，引水渠首位于河口以上约32 km，发电厂区布置于河口以上约20 km的河道临河左岸。

工程任务是在满足灌溉、人畜饮水及河道生态用水的前提下发电。装机容量72 MW，平均有效年发电量为2.7104亿 KW·h。

某水电站为引水式电站，工程由引水渠首、引水渠、前池、压力管道、泄水陡坡、厂房、尾水渠、防洪堤、进厂道路等组成。

工程概算投资55 408万元，工程于2015年3月开工建设，2017年10月完成并投入运行。

2 工程区气象特征

工程位于新疆北部河谷地带，多年平均气温9.0℃，最暖月份为7月，平均气温为22.0℃，最冷月份为1月，平均为-6.8℃，属寒冷地区，极端最高气温39℃，极端最低气温-32℃。多年平均降水量329.2 mm，多年平均蒸发量1 961.7 mm.最大积雪深度61 cm，历年最大冻土深度为69 cm。

3 引水渠线选择及纵横断面设计技术特点

3.1 引水渠道概况

电站引水渠道长度10.884 km，全线采用明渠引水，设计引水流量69 m3/s。结合地形、水文条件和交通和灌溉要求，沿线共布置1座排洪涵洞，16座纳洪口，4座交通桥，2座灌区分水闸，1座事故退水闸(渠)。

3.2 渠线选择技术特点

本电站引水渠道渠线的选择以地形地质条件为基础，以工程安全和改善运行条件、节省投资为关注重点选择渠线。

工程区位于寒冷地区，冬季积雪厚度较大，冬季运行条件关乎该电站设计的成败。经分析工程区的地形、气象条件，河道左右岸气象条件存在明显差异，河道左岸为阴坡，植被发育良好，冬季积雪厚度大，气温明显低于河道右岸；河道右岸为阳坡，坡面植被稀疏，冬季积雪很少，气温明显高于左岸。另外河道右岸渠线所在坡面地形较为规整，便于引水渠道布置，综合考虑地形气象条件，渠线选择在河道右岸。

渠线具体位置的选择首先以渠道安全为考虑的重点，尤其是傍山段渠道制定了渠道结构断面位于原状土地层为原则进行精细的渠道选线原则，做到了工程安全性和经济性的最优结合。

电站引水渠布置于河道右岸，起点接引水渠首分水闸，末端接压力前池。0+000—1+030段渠道沿线零星分布有居民点，渠道线路按照尽量避开居民点、减少拆迁的原则，渠线沿居民点和现状耕地北侧边缘布置；渠线1+030—2+500段需穿越河道Ⅱ级阶地顶面耕地，渠线选择按照减少工程永久占地采用暗渠高线方案和减少工程投资的采用明渠低线方案进行了综合比选，最终选用底线明渠方案， 2+500—10+884段(末端)渠线Ⅲ级阶地逐渐上升至Ⅳ级阶地顶面，渠线傍山布置，渠线的具体位置结合地形条件和傍山渠道的特征，为提高渠道工程的安全性，渠线选择以力求渠道断面为挖方断面，渠基位于原状土上为基本原则，按照尽量减少土石方开挖量确定渠道的基本线路。

3.3 渠道纵横断面设计技术特点

渠道纵断面设计的重点是确定合适的渠道纵坡。引水渠道纵坡在考虑冬季输冰运行的条件下尽量减少水头损失并兼顾经济能量指标，即不能过分损失发电水头，也要考虑经济合理和冬季运行对渠道流速要求。本工程在渠道纵断面设计过程中以当地气象特征和河流水文水情为基础，综合分析和考察了本地区临近引水式电站的冬季运行情况，确定了渠道冬季输冰的基本思路，设计工作中对渠道纵坡的比选拟定了1/2 000、1/2 500、1/3 000、1/3 500和1/4 000四种纵坡方案进行了比选，认为1/2 500的渠道纵坡在较为充分利用发电水头的前期下，能保证渠道冬季输冰运行，电站的经济能量指标较优，最终确定了梯形断面渠段1/2 500的渠道设计纵坡。

3.4 湿陷性黄土渠基处理技术特点

3.4.1 引水渠道工程地质条件

引水渠线穿越地层复杂，不同岩性地层工程地质条件不同，渠道0+000～0+450段渠线沿河道右岸Ⅱ级阶地布置，渠道渠基及渠坡地层主要为石炭系未分大哈拉军山组(C1d)凝灰质角砾岩、凝灰质砂岩，工程地质条件良好；渠道0+450～1+100段渠线沿河道右岸Ⅱ级阶地前缘布置，渠基地层岩性以第四系冲积卵砾石层为主，工程地质条件较好；渠道1+100～2+700渠线布置于Ⅲ级阶地顶面，渠基及边坡均位于上更新统(Q3al+pl)冲洪积低液限粉土层内， 0～7 m湿陷性系数δs=0.016～0.059，属于中等湿陷性黄土，7 m以下，湿陷性系数δs=0.010～0.012，属于非湿陷性黄土。渠道2+700～4+300段渠线位于阶地斜坡下部及坡角，渠道与边坡多位于全新统(Q4dl)坡积含砾粉土层内，厚度5～7 m，土体结构较为松散，含卵砾石，湿陷系数δs=0.087～0.102，属强烈自重湿陷性黄土；渠道4+300～7+500段渠线位于Ⅳ级阶地前缘斜坡中部，渠道及边坡地层以上更新统(Q3al)冲积卵砾石层为主，其厚度巨大，工程地质条件良好。7+500～10+884段渠线位于Ⅳ级阶地前缘斜坡中上部至阶地顶面，渠道基础与边坡均位于上更新统(Q3eol)风积黄土层内，厚度巨大，渠基以下黄土湿陷性自东向西随黄土厚度的增加，湿陷性由非自重湿陷逐渐变化为自重湿陷，湿陷性也有轻微逐渐变化为严重。渠基以下约6～8 m深度黄土湿陷系数多大于0.003，属中等-强烈湿陷性土，渠基以下8～15 m以下多属弱湿陷性土，渠基15 m以下为非湿陷性黄土。

3.4.2 渠基处理技术特点

原则：遵循防治结合的原则，即采用强夯措施对原基湿陷性黄土进行治理，通过加强渠道防渗结构和渠基排水设施预防渠道渗漏引起渠基湿陷变形。

方法：通过典型渠段生产性试验取得经济合理的强夯设计参数及便捷的施工方案和工艺。

主要参数：强夯面积约12万 m2，主夯夯击能6 000～8 000 KN·m。

效果：从施工单位、监理、第三方检测资料看，强夯影响深度6～9 m，影响范围内湿陷性完全消除，尤其是0～3 m范围之内密实度提高20%以上，渗透系数从原状土的10-4数量级减小到10-6数量级，强夯措施在消除渠基黄土湿陷性的同时，大大提高了密实度和承载力，降低了渠基土的透水性。

渠道防渗设计：为进一步降低渠基湿陷变形分析，渠道结构中加强了防渗设计，防渗结构自上而下为10 cm现浇混凝土板+3 cm砂浆垫层+一布一膜(200 g/m2/0.5 mm)+ 一布一膜(200 g/m2/0.5 mm)，防渗结构下设置50 cm砂砾石防冻垫层。

渠基排水设计：渠基底部设置20 cm直径软式排水管，每隔400～600 m设置一处1 m直径的排水竖井，竖井采用钢管，底部深入原砂砾石地层，井内填充碎石排水体，并设置渗流渗压以及变形自动化监测系统。

处理效果：本次设计制定的湿陷性黄土渠基处理方案，在保持防渗措施的前提下，采用强夯措施对渠基进行处理，防治结合，方案更具科学性，工程安全性得到进一步提高。本电站2015年4月开工建设，2018年8月完成，2018年9月29日通过自治区水利厅组织的通水验收，2018年10月4日投入运行。电站至今运行已两年多时间，初期运行工程总体安全正常，湿陷性黄土基础渠段未发生渠基沉降导致的渠道变形等现象，监测系统反应的渠基沉降变形很小，说明设计方案合理，事关本工程安全的重点基础处理取得了良好效果。

图1 渠基强夯设计横断面图 图2 渠基强夯夯点布置图

图3 渠道防渗典型设计图

图4 渠基排水典型设计图

4 某水电站引水渠道设计技术总结

4.1 寒冷地区引水式电站设计经验

电站防冰问题事关寒冷地区引水式电站设计的成败，本工程从渠线选择、渠道纵坡设计、横断面设计、前池布置等方面综合施策，选择适合的渠道纵坡和以窄深式梯形断面为主的渠段横断面，意在提高冬季小流量时段的渠道流速，减轻渠内次生结冰和渠道输冰能力，前池布置方式创造了良好的排冰条件，较好的解决了电站冬季运行问题。

4.2 湿陷性黄土渠基处理经验

湿陷性黄土作为一种不良地质条件的工程地基，其对工程安全性，尤其是水利工程安全性的危害已在国内引起高度重视，近年来也发生了不少因湿陷性黄土地基变形造成的工程失事案例。目前湿陷性黄土处理较为成熟的措施多为建筑工程，水利工程中湿陷性黄土地基处理仍在探索之中。本工程设计工作开展过程中自始至终将湿陷性黄土渠基处理作为设计工作的重中之重，先后开展了大量调研、技术方案研究和技术咨询，最终制定的防治结合，加强渠基排水的综合处理措施取得了良好效果，前池、压力管道、泄水陡坡等结构自重较大，更容易发生变形的建筑物采用桩基，彻底消除了湿陷性黄土地基对工程安全的威胁。从初期运行看处理效果良好，可供同类工程相似地基条件下基础处理借鉴。