討賴河流域漿砌石渠道維修加固措施探析

劉開(kāi)清

(甘肅省水利廳討賴河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 735000)

討賴河流域歷史悠久，在西漢時(shí)期就實(shí)施了引水灌溉。流域內(nèi)的灌溉渠系建設(shè)始于20世紀(jì)50年代末期，近些年達(dá)到了建設(shè)高峰期，尤其是灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程的實(shí)施，渠系配套水平得到了大幅提升，灌溉水平均利用系數(shù)已接近0.5。當(dāng)前流域內(nèi)共有輸水干渠56條，長(zhǎng)度688km，配水支渠、斗渠共2638條，長(zhǎng)度4085km。建于20世紀(jì)60～80年代的渠道多為就地取材而修建的漿砌石防滲渠道，運(yùn)行50余年來(lái)，為流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，但隨之而來(lái)的是渠道老化失修、凍融破壞等一系列問(wèn)題。受地質(zhì)條件、墊層填筑質(zhì)量、水流等諸多因素影響，導(dǎo)致渠道破壞的“病因”具有多樣化的性質(zhì)。本文在重點(diǎn)分析和研究渠道破壞的類型、成因的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的加固及防治措施，供水利工作者在渠道加固工程中參考和借鑒。

1 漿砌石渠道破壞的類型

1.1 渠基失穩(wěn)

常出現(xiàn)渠基淺層滑動(dòng)、深層滑動(dòng)等情形，表現(xiàn)為砌體變形、裂縫、錯(cuò)位以及臨水面、背水面滑坡、坍塌等情形，高墊方渠道甚至出現(xiàn)崩岸情形。

1.2 凍融破壞

討賴河流域中下游地處西北嚴(yán)寒地區(qū)，冬季比較漫長(zhǎng)，多年平均氣溫7.3～8.0℃，極端最高氣溫38.4～38.6℃，極端最低氣溫-3l.6 ～-29.0℃。在該工況下，因凍融破壞而常出現(xiàn)砂漿脫落、砌石開(kāi)裂、渠基沉降，砌石體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低、沉陷以及完全潰散的情形。

1.3 老化風(fēng)化

主要表現(xiàn)為:砌石表層出現(xiàn)碳化、裂縫、風(fēng)化剝落或裂紋，砌石體沖刷耐磨、凍融膨脹、滲漏溶蝕以及預(yù)應(yīng)力等性能降低，甚至導(dǎo)致砌石體變形、滑坡、坍塌等。

2 漿砌石渠道破壞的成因分析

2.1 渠基強(qiáng)度不夠

主要是由于土質(zhì)基礎(chǔ)碾壓不密實(shí)、松軟基礎(chǔ)未做排水疏干、破隙發(fā)育的石質(zhì)基礎(chǔ)未做灌漿處理等，導(dǎo)致渠道地基的天然強(qiáng)度不夠。

2.2 滲流破壞

由于砌石體砌縫多、孔隙大(約占總體積的25% ～35%)，加之砌石時(shí)砂漿標(biāo)號(hào)低、填筑不密實(shí)、座漿不飽、砌筑質(zhì)量不高以及勾縫及養(yǎng)護(hù)工作不到位等，以致形成滲水通路，使得渠道行水位以下的渠岸土呈飽和狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度降低，自重增加，下滑力增大。此外，因滲水形成管涌，引起渠基坍塌破壞。

2.3 凍融破壞

凍融破壞主要由砌石體下渠基土的膨脹引起。由于滲漏、地下水和其他水的補(bǔ)給，渠基的含水量比較高，在冬季低溫作用下，渠基中的水分發(fā)生凍結(jié)而造成土體膨脹(水的密度為1t/m3，冰的密度為0.92 t/m3，當(dāng)渠基中的自由水結(jié)冰時(shí)，體積要膨脹9%)，從而產(chǎn)生凍脹力排開(kāi)土顆粒。當(dāng)周圍未凍結(jié)區(qū)中的水分向表層凍結(jié)區(qū)遷移聚集，凍結(jié)區(qū)土層中的水分增加，凍結(jié)的水分逐漸增多，土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起，致使渠基在剖面上發(fā)生褶皺、斷裂和擾動(dòng)，砌石體開(kāi)裂隆起而折斷;當(dāng)春季氣溫回升、凍土消融時(shí)，由于濕度過(guò)大，渠基的穩(wěn)定性差，導(dǎo)致砌石體斷裂、滑塌、向渠內(nèi)側(cè)大幅傾斜和倒塌損壞。

2.4 外界因素

外界因素對(duì)渠道的影響和作用大致可分為3類:?引起渠道自然老化，如:濕度變化、溫度變化的影響，材料的風(fēng)化老化等;?外荷載加載破壞，如:洪水、地震等自然災(zāi)害;?人為因素引起的破壞，包括勘測(cè)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及管理等。最典型的就是渠基附近耕地灌溉，損壞基礎(chǔ)、護(hù)岸及砌石體等。無(wú)論是自然因素，還是人為因素的影響，都會(huì)降低結(jié)構(gòu)的可靠性(如:安全性、適用性和耐久性)，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

3 維修加固及防治措施

針對(duì)漿砌石渠道不同類型的破壞問(wèn)題，在有效的理論分析、計(jì)算驗(yàn)證及經(jīng)驗(yàn)判斷的基礎(chǔ)上，對(duì)號(hào)入座，尋求有針對(duì)性的防治及維修加固措施。

3.1 渠基原因引起破壞的維修加固措施

a.挖除滑動(dòng)體。從滑動(dòng)體的上邊緣開(kāi)始，采取逐級(jí)開(kāi)挖方式，每級(jí)高20cm，沿著滑動(dòng)面挖成鋸齒形，每一級(jí)都要開(kāi)挖到未滑動(dòng)土中0.5m以上，以保證回填土與原基礎(chǔ)能夠良好地結(jié)合在一起。

b.處理阻滑體。對(duì)原來(lái)由于夯填不密實(shí)，或?yàn)檐浫跬?、黃土等的不良地基，或由于運(yùn)用中滲水的沖蝕以致存在塌陷坑、孔洞的地基，采用開(kāi)挖重新回填、夯實(shí)、灌漿、換土、背水坡腳拋石等方法，使阻滑體堅(jiān)實(shí)、平整和穩(wěn)定。

c.按渠岸原設(shè)計(jì)要求及施工規(guī)范填筑還坡。

3.2 滲流破壞的維修措施

滲流破壞的修復(fù)，主要通過(guò)拆除有滲流的砌石體及基礎(chǔ)，采用漿砌石土工膜防滲或采用漿砌石加襯混凝土護(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)。漿砌石土工膜防滲的程序?yàn)?清除渠基中含水量達(dá)到飽和狀態(tài)的土層及有裂隙砌石體，在處理好渠基、砌石體墊層及過(guò)渡層后，鋪設(shè)膜料層(塑膜、瀝青玻璃布油氈等)，再在膜料層上鋪筑混凝土或砌石。漿砌石加襯混凝土護(hù)面結(jié)構(gòu)的施工程序?yàn)??清除損壞渠基及砌石，處理好渠基、砌石體墊層及過(guò)渡層，鋪筑砌石;?鑿毛原襯砌表面，摳去松動(dòng)的灰縫，按照先澆渠底、后澆渠坡的順序，在漿砌石表面現(xiàn)澆混凝土護(hù)面［1］。

3.3 凍融破壞的維修及防治措施

3.3.1 維修措施

a.清除凍脹的渠基及破壞的砌石體，回填非凍脹性的中砂或粗砂，每層厚度20cm，分層碾壓夯實(shí)，提高壓實(shí)度指標(biāo)。

b.適度提高砌石強(qiáng)度(可提高到M7.5或M10)，因地制宜選擇石材、水泥，合理添加防凍劑和其他復(fù)合外加劑，從原材料上保證抗凍要求。

c.從工藝質(zhì)量上滿足防滲防凍要求。在塊石砌筑中，徹底清理新舊結(jié)合面，嚴(yán)格按照工藝規(guī)范要求分層砌筑，保障座漿飽滿，杜絕出現(xiàn)通縫、斜縫等各種質(zhì)量缺陷。

3.3.2 防治措施

強(qiáng)化調(diào)度和運(yùn)行管理是漿砌石渠道防止凍融破壞的關(guān)鍵措施之一。在渠道運(yùn)行中，盡可能避免低溫運(yùn)行;低溫季節(jié)運(yùn)行時(shí)，盡量保持水位穩(wěn)定;個(gè)別凍融破壞要及時(shí)修補(bǔ);渠道停水后要及時(shí)做好渠道排水。同時(shí)，在個(gè)別條件適宜的區(qū)域，配套渠道防護(hù)林帶［2］，適度考慮生物排水法降低渠基水分。

3.4 老化風(fēng)化的維修措施

對(duì)老化深度較淺而產(chǎn)生的蜂窩、麻面等現(xiàn)象，采用砂漿修補(bǔ)、表面防碳化處理、表面噴護(hù)加固等措施。對(duì)于老化深度相對(duì)較大和砌石體變形、滑坡、坍塌等情形，可鑿除砌石體松散部分或拆除損壞部分，洗凈有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或細(xì)?；炷磷鶟{進(jìn)行填補(bǔ)，最后以環(huán)氧基液做涂基保護(hù)。

3.5 外圍保障措施

3.5.1 劃定渠道管護(hù)范圍

2014年9月，水利部啟動(dòng)了河湖及水利工程劃界確權(quán)情況調(diào)查工作，要借助此次調(diào)查及后續(xù)工作的實(shí)施，重啟流域內(nèi)灌溉輸水渠道管護(hù)范圍的確權(quán)劃界工作，以確保渠道在設(shè)計(jì)條件下安全運(yùn)行，避免因渠道附近耕地灌溉及外界因素而引起的渠系損毀破壞。

3.5.2 以工程措施適度優(yōu)化原設(shè)計(jì)布局

在渠系原設(shè)計(jì)布局中，沿山片區(qū)的渠道傍山而建，有設(shè)置防洪通道、但下游區(qū)無(wú)洪水出路的，有設(shè)置防洪通道、但通道直接入渠的，還有無(wú)防洪通道的情形。針對(duì)以上問(wèn)題，要借助歲修工程、維修改造工程等，逐步優(yōu)化原設(shè)計(jì)布局，適當(dāng)設(shè)置泄洪渠系、截水墻、導(dǎo)流墻等設(shè)施，為洪水預(yù)留通路，減少和避免暴雨、洪水對(duì)渠系的損壞。

［1］王金旭.景電灌區(qū)更新改造渠道防滲及處理措施［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2009(4).

［2］魏束強(qiáng)，趙彥波.混凝土襯砌渠道凍害原因分析及預(yù)防措施［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2009(5).

［3］張建斌，陸立國(guó)，等.青銅峽河?xùn)|灌區(qū)東干渠渠道襯砌方案分析［J］.人民黃河，2014(9).

［4］賀景杰.漿砌石護(hù)坡的施工技術(shù)與質(zhì)量控制探討［J］.水利科技，2014(5).