第九章渠道及闸址工程地质分析 (1学时) 第一节渠道选线的工程地质分析 渠道是水工建筑物中常见的具有输水灌溉、排涝、发电、航运或兼倾使用功 能的工程。渠系建筑物种类较多，主要有：渠道、进水闸、分水闸、节制闸（拾 高上游水位)、跨谷工程（液槽、倒虹吸）、过山或过路工程（涵洞、桥梁）等。 一、选线 渠道线路长，可能经过不同的地貌单元，交叉建筑物较多，因此遇到的工程 地质问题也较多，较为突出的是渠道渗漏、渠道边坡的稳定和闸基的稳定问题。 渠道的规划和设计工作首先是线路选择。从工程地质学角度研究渠道选线， 同样应考虑六个方面。 渠系工程路线长、建筑物种类多，工程地质条件又往往复杂多变，在实际工 作中，应对上述工程地质条件全面调查，综合分析研究，尽量做到线路最短，士 石方量最小，尽可能避免穿越河谷、山脊、沼泽等地区，注意避开滑坡、塌方、 泥石流高发地区，充分利用地形，优先考虑自流输水，从而找到技术可行、经济 合理的渠道线路 二、渠道渗漏及其边坡稳定问题 渠道输水，是目前我国农田灌溉的主要输水方式，而渠道渗漏是农田灌溉用 水损失的主要方面。目前我国80%以上的渠道无防渗处理，渠系水利用系数一般 为0.4~0.5，差的仅0.3左右。据河南省人民胜利渠实测，渠道渗漏占到了灌 溉水总损失量的80%：陕西省泾惠、渭惠和洛惠三个灌区，1955~1963年每年从 各级渠道渗漏的水量达3亿3，相当于一座大型水库的容量：山西省估算的年 渠道渗漏水量约30亿m3,河北省为30亿m3,新疆则高达100亿m3。 渠道渗漏除了影响渠道的利用效率、影响经济效益外，还会造成一些不良后 果。如使地下水位抬升，土壤次生盐渍化和沼泽化、黄土湿陷造成渠道破坏、引 起山坡滑动等。 渠道渗漏有两类：一类是渠道自身的渗漏，这是由于施工质量或防渗措施不 当引起：另一类是渠道地基渗漏，由不良地质条件引起。这里只讨论后者
1.基岩区：渠道渗漏一般不严重。渗漏条件主要取决于岩石的破碎程度和渗 漏通道的特征，包括透水层、断层破碎带、节理密集带、岩溶发育带等。一般较 容易发现，且分布集中，处理方便。 2.松散层分布区 渠道渗漏主要取决于土的透水性强弱，并与其成因类型、岩性关系密切。残 积物系基岩风化破碎产物，透水性强：坡积物一般上部颗粒粗，坡脚处颗粒细， 通过粗颗粒地段的渠道可能发生渗漏：洪积物透水性变化很大，洪积扇的中上部 多为粗颗粒物质，透水性强，下部和前缘多为细小颗粒，一般透水性差：而在冲 积层中，山区多为粗颗粒物质，漏水较严重，平原区多具有上细下粗的“二元结 构”，往往可以找到较稳定的粘性土层作为相对隔水层：冰川堆积物中的冰渍物 隔水性好，冰水堆积物透水性强。 综上所述，在第四纪松散堆积物上建渠，主要是查明各种类型土的空间分布 规律，而这些规律主要受第四纪地质和地貌成因类型的控制。因此，查清第四纪 地质和地貌成因类型是选线的关键。 3.渠道渗漏类型 渠道渗漏往往是大面积的，常不易发现，也不易处理。其渗漏过程可分为两 个阶段： 第一阶段是渠道过水初期，以垂直渗漏为主。渠水在重力和毛细力的作用下 沿垂直方向下渗。当到达地下水位后，转为侧向渗流，见图9一1() 第二阶段以侧向渗漏为主。如果渠水的下渗量大于该处地下水向下游的径流 量，则渠底的地下水位逐渐上升，直至与渠水连成统一水面，见图9一16)。此 后，渠水以侧向渗漏为主。 4.渠道防渗指施 采用渠道防渗技术后，一般可使渠系水利用系数提高到0.5以上。渠道防渗 还具有输水快、有利于农业生产抢季节、节省土地等优点，因此，渠道防渗也是 当前我国节水灌溉的主要指施之一。 渠道防渗措施是减少输水渠道透水性或建立不透水防护层的各种技术指施 渠道防渗除了减少渠道水的渗漏损失外，还具有以下几个优点：一是提高了渠道 的抗冲能力：二是可减少渠道的粗糙程度，加大水流速度，增加输水能力（一般
输水时间可缩短30%~50%)：三是可减少渗漏对地下水的补给，有利于控制地下 水位，防治土壤次生盐渍化和沼泽化的发生：四是可减少渠道淤积，节省维修费 用和清淤劳力，降低灌水成本。 第二节闸址选址的工程地质分析 在水利水电工程和灌溉渠系建筑物中，需要一种对输水流量进行分配、调节 和控制的建筑物，这就是分水闸，它主要由闸墩和闸门两部分组成。在水坝结构 中附属的输水闸、泄洪闸、排沙闸及退水闸等构筑物，其工程地质条件符合大坝 的稳定性和结构安全要求即可：而在输水建筑物系统中的分水闸和节制闸，其工 程地质条件应符合自身的沉降变形、地基承载力、闸址地质环境安全和渗漏引起 的渗透变形等要求，在闸基选址时主要分析以下几个方面的工程地质条件。 一、闸址对地形地貌的要求 首先，闸嫩应选在与水源水体相关联的位置，并符合渠系分水口、分水高程 和分水流量对地形和场地的要求，地形相对平坦、开阔，保证闸墩平面尺寸的布 置、进场道路的修建、大尺寸闸门的进场或现场加工、现场施工场地安排、闸门 启闭以及控制运行等工作环境对地形和场地的要求。 当地形较陡时，可能产生较大的消基和场地施工开挖工程量，不便于工程的 施工和运行：地形较陡的地段，通常可能存在强烈的重力地质作用和地质灾害， 影响闸门的坡体稳定和运行安全。 二、岩性条件 闸址区的岩石类型是闸址工程地质条件的基本因素。由于渠道对地基不产生 显著的荷载作用，闸墩对地基的有效荷载也不会太大，所以，坚硬的基岩通常能 满足闸嫩对地基承载力和沉降变形的要求。 对于非显著涩陷、软化和渗透变形的周结岩石，应具有良好的工程地质条件， 无需进行深入的工程地质分析：当岩性为可产生显著湿陷、软化或渗透变形的固 结岩石，如泥岩、泥质胶结的砾岩、凝灰岩、泥质充填物发有的碎裂岩石等，就 不宜作为较大闸墩的基础，当无较好的选址条件时，就需进行深入的工程地质分 析和评价，并提出有效的地基处理方案和良好的防渗措施 在松散岩石分布区，尽可能选择土质均一、持力层厚度较大、岩性致密、压
缩性较小的岩石作为闸址地基，避免发生较大的沉降变形和不均匀沉降：对于较 大规模的高闸墩，当其作为近库坝区独立的泄洪闸、冲沙闸、或输水闸时，闸体 承受着较大的水平推力和脉冲作用力，外侧闸趾区具有较大的荷载，闸基的抗滑 稳定和不均匀荷载也应在选址时加以考虑。 三、外力地质作用及地质灾害 由于地形地貌和岩性的复杂多变，分水闸常需设置在地形和地貌景观的分区 和转换部位，许多渠道和分水闸就设置在山腰和坡面上，这些区位通常也是外力 地质作用和地质灾害强烈和多发的地段，崩塌、滑坡、泥石流等重力地质作用， 风化作用、水土侵蚀、岩溶发育、洪水、冲沟及岸坡冲制等地质灾害，都会严重 毙响闸体和渠道的稳定和安全运行，在闸址选择时应当予以充分的重视， 在谢塌、滑坡、泥石流等重力地质作用强烈和多发的地段，原则上不宜作为 明渠和闸址的选线和选址，避开是最好的选择：冲沟发育及岸坡冲制强烈的地段， 实在无法避开时，应在具有可靠的护坡、防洪和护岸措施的前提下选择闸址