渾北總干渠渠道滑坡因素分析與治理

王海濤

(沈陽市渾北灌區(qū)管理中心，沈陽110035)

1 工程概況及研究意義

1.1 渾北總干渠現(xiàn)狀

渾北灌區(qū)位于遼寧沈陽市西北部，總干渠東起灌區(qū)渠首進(jìn)水閘，經(jīng)東陵區(qū)、大東區(qū)、沈河區(qū)、皇姑區(qū)、于洪區(qū)至北干渠進(jìn)水閘，總干渠全長27 km;北干進(jìn)水閘以下為北干渠，北干進(jìn)水閘至蒲河入口，北干渠全長9 297 m。渠道多年運(yùn)營中一直為對其進(jìn)行有效的治理，加之北干渠為土質(zhì)渠道，渠道兩側(cè)滑坡現(xiàn)象日益嚴(yán)重，致使渠道淤塞不暢，對其功效的發(fā)揮造成了嚴(yán)重的阻擾，亦對整個(gè)灌區(qū)綜合效益的實(shí)現(xiàn)造成了極大的負(fù)面影響。

1.2 渠道滑坡治理的意義

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，水利工程的有效灌溉是確保農(nóng)業(yè)長久持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)與保障。而作為水利灌溉工程中輸水環(huán)節(jié)主要主體的渠道對于灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉效果的優(yōu)劣有著直接的影響。我國在過去數(shù)十年中灌溉渠道建設(shè)取得了卓越的成就，但受限于過去修建技術(shù)的影響，大部分渠道多為土質(zhì)渠道而未進(jìn)行專業(yè)的襯砌施工，加之渠道所處自然環(huán)境較為惡劣以及后期治理中的不足，渠道滑坡現(xiàn)象頻發(fā)，極大地阻撓了其渠道輸水功效的發(fā)揮，已成為威脅灌區(qū)灌溉安全的重要因素之一［1］。加強(qiáng)對其引發(fā)因素的研究和防治措施的探索對于促進(jìn)渠道灌溉功效的正常發(fā)揮和我國農(nóng)業(yè)發(fā)展有序、長久進(jìn)行，有著巨大的推動(dòng)作用。

2 渾北總干渠渠道滑坡機(jī)理分析

2.1 外在因素

2.1.1 地質(zhì)巖性

渾北總干渠地處廣闊的東北平原，其地表土層多為黃土狀黏土與亞黏土，有著顯著的崩裂與失陷特性，一些土地甚至為鹽堿地有著明顯的親水性、分散性、風(fēng)干性與碎脹性。此類的土層一旦失去水分則會(huì)變得干、脆、硬，而充水后又會(huì)變得軟、滑、易塑。渠道兩側(cè)邊坡上的土壤由于水位變化范圍的影響，水位上下兩部分處于明顯相異的狀態(tài)。下部土壤充水飽和，受到水流的軟化與沖刷自身處于立陡狀，且持續(xù)進(jìn)行著剝落，為滑坡現(xiàn)象的出現(xiàn)埋下隱患。

2.1.2 氣候因素

渾北總干渠地處東北高緯度地區(qū)，冬季最低溫度時(shí)常保持在－20°，渠道極易出現(xiàn)凍融破壞。兩側(cè)邊坡土壤中的水分凍結(jié)后致使其整體發(fā)生膨脹，土壤顆粒重新排布或土壤團(tuán)粒發(fā)生破壞，導(dǎo)致土層的強(qiáng)度降低，而凍土在溶解后則是保持松軟的膨脹狀態(tài)并不會(huì)恢復(fù)到原有狀態(tài)。如此在多年“凍結(jié)—融解—凍結(jié)”的反復(fù)作用下，渠道兩側(cè)土壤的黏結(jié)力不斷降低直至為零。待到天氣轉(zhuǎn)暖后，渠道邊坡會(huì)出現(xiàn)沿渠道方向的裂隙，嚴(yán)重的就會(huì)造成滑坡。

2.1.3 滲透水流作用

渾北總干渠渠道為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，渠外地表常年積水而逐級(jí)向渠內(nèi)不斷滲透，致使渠道兩側(cè)土層沼澤化，渠道地基逐漸變軟基，邊坡飽和過度，整體抗剪性能大幅降低，滑坡發(fā)生概率提升。

2.2 內(nèi)在因素

在施工中各類人為因素亦是導(dǎo)致渠道發(fā)生滑坡的重要因素之一。在施工的建設(shè)期，施工工藝選擇的不當(dāng)或施工過程的不規(guī)范，譬如爆破方法的不當(dāng)均會(huì)導(dǎo)致邊坡下滑力增大，引起滑坡;未對所選用施工材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)密的篩選，或者前期地層勘探不足，使得所選用的施工材料與地層土質(zhì)不符，難以有效結(jié)合，從而導(dǎo)致滑坡發(fā)生［2］。

3 渠道滑坡的防治措施

3.1 降低外水位

鑒于渾北總干渠外水位較高且渠道水流量偏大，當(dāng)渠道暫停輸水時(shí)，外水位就會(huì)逐漸向渠道內(nèi)滲透，使得坡面侵潤線過高。在冬季受低溫影響，土壤中的水分發(fā)生凍結(jié)，體積膨脹出現(xiàn)裂隙而使得邊坡抗剪性降低。在春季解凍時(shí)，內(nèi)部凍結(jié)的土壤又易導(dǎo)致冰夾層的形成，阻礙土壤中水分的向下滲透形成塑性流動(dòng)，對邊坡造成破壞。因此，采取必要措施降低外水位從而使得侵潤線大幅下降，對凍結(jié)時(shí)的水分來源進(jìn)行有效阻隔，減少或避免冰夾層的出現(xiàn)，對渠道邊坡的穩(wěn)定意義顯著［3］。具體來說可在渠道上選取適當(dāng)位置構(gòu)設(shè)一座或幾座排水涵閘，以便停水后可迅速將堤外的積水排干，同時(shí)在距離堤角10～15 m的渠道外側(cè)鋪設(shè)一條同渠道同向的截流溝，用于降低堤外地下水位，進(jìn)一步阻隔凍結(jié)時(shí)的水分來源。

3.2 邊坡防護(hù)方案

由于渾北總干渠當(dāng)前所發(fā)生的滑坡程度相對有限，對邊坡滑坡的防護(hù)，邊坡采用1∶2，邊坡水位以下可使用輕型工程護(hù)坡，水位以上則采用植被護(hù)坡。工程護(hù)坡可使用土木格室護(hù)坡。這種方法所采用的是高分子聚合材料經(jīng)過有效焊接后構(gòu)成的三維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在使用時(shí)先有施工人員將其拉開成網(wǎng)狀后在其中裝入碎石、沙土等物料從而構(gòu)成一種組合性護(hù)坡體，這種方法不但穩(wěn)定性較佳、成本低廉且有著一定的抗沖蝕能力。此外，完整的土木格室有著一定的延展性，對凍結(jié)造成的膨脹變形有較強(qiáng)適應(yīng)力，可有效彌補(bǔ)采用塊石骨架或混凝土板進(jìn)行護(hù)坡體時(shí)會(huì)出現(xiàn)的架空、松動(dòng)等不足。這一方案中所選用的固腳形式則需根據(jù)邊坡破壞的不一采用以下3 種方法:①漿砌石固腳。這種方法應(yīng)用廣泛，相關(guān)技術(shù)較成熟、安全性較高;②編織袋固腳。這種方法材料來源廣、工藝簡單、成本較低;③鋼筋混凝土預(yù)制件固腳。這種固腳穩(wěn)定性最好、但成本較高。，

植被護(hù)坡則是指在治理后的渠道邊坡上種植楊柳、蘆葦、蒲草等具有耐堿、耐淹特性的植被進(jìn)行護(hù)坡。此外，還可先在整理后的邊坡上設(shè)置網(wǎng)墊，后在網(wǎng)墊上種植植物，從而構(gòu)成三維的植被護(hù)坡體系，不僅能避免植被在種植初期被雨水沖刷隨著所種植物的成長，整體的護(hù)坡效果還會(huì)逐漸增強(qiáng)。這類綠色護(hù)坡手段不僅可有效降低滑坡發(fā)生的概率更可美化環(huán)境、調(diào)節(jié)生態(tài)。

3.3 砂礫換基

對渠道已有地基的治理，使用諸如砂礫石等非凍脹性的材料將地基中一定厚度的易凍脹土層置換出來對于凍脹變形的治理效果顯著。具體換填中所換土層的厚度則受到地基土質(zhì)、所處渠道位置、地下水埋藏深度等因素影響。土質(zhì)黏重性越高、地下水深度越淺，需置換的厚度也就越大;在同一個(gè)渠道斷面上，渠道上部基土比其下部和渠底的基土因含水量、凍脹強(qiáng)度較小，加之陽坡凍深小于陰坡，渠道上部比下部所需換置的厚度也小很多。依據(jù)實(shí)踐得知，邊坡上部的換填比率約為50% ～70%，邊坡下部與渠底的換填比則為70% ～80%。風(fēng)積砂則是一種應(yīng)用效果極佳的非凍脹材料，在渠道地基的治理中有著良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié) 語

灌區(qū)渠道滑坡防治工作應(yīng)以“預(yù)防為主、防治并舉”，為方針充分結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)地情況進(jìn)行治理措施的制定。文中通過對渾北總干渠的研究分析，對其發(fā)生滑坡的破壞機(jī)理進(jìn)行了具體說明，試圖探索了一條工藝簡便、施工便捷、成本低廉、適用于高緯度寒冷地區(qū)的渠道滑坡防治技術(shù)。以期為廣大渠道施工的治理提供些許借鑒之處。

［1］白雙波. 淺談水利工程渠道滑坡的成因及防治［J］. 科技與企業(yè)，2013(08):167.

［2］肖年春，陳雙喜. 渠道滑坡的防治［J］. 湖南水利水電，2006(05):120 －121.

［3］許景海. 淺析水利工程渠道滑坡的原因及防治措施［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(08):150.