地下水對引黃襯砌渠道影響分析及對策

張曉紅

【摘要】本文針對地下水對黃襯砌渠道的影響進(jìn)行簡單的分析。根據(jù)小開河引黃灌區(qū)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以渠道沿途地區(qū)地下水位動態(tài)情況，采取不同襯砌構(gòu)造型式，能有效防治地下水對襯砌邊坡的破壞，提高灌區(qū)的運(yùn)行壽命。

【關(guān)鍵詞】引黃灌區(qū)；地下水；渠道襯砌；反濾板

引言

小開河引黃灌區(qū)位于山東省濱州市，是國家大型引黃灌區(qū)，涉及7縣（區(qū)），42萬人口，設(shè)計(jì)灌溉面積110萬畝，設(shè)計(jì)引水流量60m3/s，年設(shè)計(jì)引水3.93億m3。灌區(qū)干渠全長96.50km，采取的主要襯砌型式是6.0cm厚C25混凝土預(yù)制板護(hù)砌。灌區(qū)建成運(yùn)行幾年后，干渠下游襯砌邊坡開始出現(xiàn)局部溜坡、坍塌的狀況，特別是夏季雨水量大、集中的區(qū)域，邊坡?lián)p毀嚴(yán)重，其中90%的坍塌位于襯砌邊坡下部1.5m高度范圍內(nèi)。每次供水過后，需要抓緊時間對損壞部位進(jìn)行搶修。

1、襯砌邊坡破壞原因分析

針對襯砌板坍塌問題，灌區(qū)組織工程專家實(shí)地進(jìn)行調(diào)查，除去工程自身施工質(zhì)量的因素，得出結(jié)論：造成渠道襯砌邊坡?lián)p壞的主要原因是地下水的側(cè)向擠壓作用。邊坡坍塌區(qū)域開始于干渠中下游，高程進(jìn)入半地下渠道地段。此處正常情況下渠底高程與地下水位線高差為-0.5m，略低于地下水位，壩體底層土壤受地下水長期浸泡。雨季降水集中，地下水位急劇上升，渠底與地下水位線高差由-0.5m升至-1.0～-1.3m，由于渠道內(nèi)邊坡混凝土襯砌板底部鋪設(shè)不透水復(fù)合土工膜，地下水無法及時疏出壩體，加之非灌溉期，渠道內(nèi)無蓄水，內(nèi)外壓力不平衡，在高地下水位對渠道內(nèi)邊坡浸泡和巨大側(cè)壓力作用下，以粉質(zhì)砂壤土為主的壩體下部填筑土層向壩體內(nèi)側(cè)邊坡發(fā)生側(cè)向流變變形，造成襯砌邊坡?lián)p壞。地下水對渠道襯砌的影響，灌區(qū)上游基本為零，自灌區(qū)中游開始，逐漸產(chǎn)生并隨著渠底高程降低而增強(qiáng)，對襯砌工程的破壞程度也逐漸增大，至灌區(qū)下游全地下渠道段破壞力最大。

2、防治措施

2.1砌石混凝土預(yù)制板混合襯砌形式

隨著襯砌工程向灌區(qū)下游進(jìn)一步延伸，地下水位逐漸增高，采用無砂混凝土反濾板的缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)出來。主要表現(xiàn)為混凝土板自重輕，抵抗地下水和土壤側(cè)壓力能力不足。小開河灌區(qū)經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在渠坡底部用自重更大的砌石代替部分混凝土板取得了良好的效果，具體方案是：護(hù)砌段上部采用C25混凝土預(yù)制板，下部采用250mm厚的M10漿砌石，護(hù)砌高度1.30m；砌石下鋪設(shè)厚度為10.0cm，級配為2.0～5.0cm石子，預(yù)制板和碎石下鋪設(shè)土工布（300g/m2）；在距渠底0.4m處向上布置2排φ50塑料排水管，縱、橫向間距1.0m，用來排減地下水。用砌石代替混凝土板的好處是砌石自重大，穩(wěn)定性好，抗側(cè)壓能力強(qiáng)。但也有一些弊端：首先是砌石選用的材料主要是普通塊石，表面粗糙，糙率大，影響水流速度，降低過水流量；其次對施工質(zhì)量要求程度高，特別需要加強(qiáng)管理，消除質(zhì)量通病，杜絕安全隱患。

2.2開辟新的治沙條渠并襯砌輸水渠道

泥沙淤積對渠道輸水能力降低影響較大，需要及時清除。為了從根本上解決渠道泥沙淤積問題，必須在渠首開辟新的沉沙條渠。目前引黃濟(jì)青啟用的是第二沉沙條渠，已累計(jì)沉沙1152萬m3。原設(shè)計(jì)使用3-5年的條渠，已使用了20余年，目前主要依靠以挖待沉、堤外堆砂的方式運(yùn)行，給引黃濟(jì)青工程的管理和運(yùn)行帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，急需建設(shè)新的沉沙條渠。為了解決現(xiàn)有渠道襯砌凍脹、地下水頂托破壞及渠底長草加大輸水糙率問題，根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18—2004的規(guī)定，現(xiàn)有渠道襯砌已經(jīng)達(dá)到正常使用年限，到了更新?lián)Q代期，必須根據(jù)現(xiàn)有的氣象資料、沿線地下水動態(tài)和新的保溫措施，重新對渠道進(jìn)行襯砌，以滿足輸送黃河水和長江水的需要，以確保膠東地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)健康快速發(fā)展。

2.3截滲溝的有效利用

渠坡坍塌的部位，大多發(fā)生于截滲溝功能喪失或外側(cè)無截滲溝地段。對此，小開河灌區(qū)對現(xiàn)有截滲溝進(jìn)行了整理疏浚，末端引入?yún)^(qū)域徑流，將溝內(nèi)積水及時排走，保持通水順暢，降低過高地下水位對主干渠道內(nèi)側(cè)壓力。效果證明，充分發(fā)揮截滲溝降低渠道內(nèi)外地下水壓差的作用，是防止襯砌邊坡坍塌的一個有效的措施。截滲溝只存在于小開河中上游渠段，由于占用耕地面積大，征地成本高，在下游輸水渠段，不具備大規(guī)模開挖的條件。為了應(yīng)對地下水對工程的危害，特別是下游輸水渠新建襯砌工程，小開河灌區(qū)主要采取技術(shù)處理措施：將襯砌邊坡下部1.3m內(nèi)的不透水復(fù)合土工膜更換成透水的土工布，并在布下鋪設(shè)20cm厚的砂石反濾層，表面用留有填充無砂混凝土濾體透水孔的混凝土板進(jìn)行襯砌。

結(jié)語

地下水對引黃灌區(qū)渠道襯砌破壞力巨大。襯砌后的渠道，在運(yùn)行初期，壩體土質(zhì)比較穩(wěn)定，嵌縫砂漿密實(shí)、強(qiáng)度高，襯砌坡不容易破壞。運(yùn)行若干年后，壩體在地下水的長期浸泡和滲流作用下，固結(jié)力弱的粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)砂壤土等容易發(fā)生滲透變形；同時混凝土板之間的固結(jié)砂漿受氣候和水流的影響變得疏松，強(qiáng)度降低；老化的渠道在地下水和土壤滲透側(cè)壓力擠壓作用下，產(chǎn)生坍塌破壞。小開河灌區(qū)工作人員總結(jié)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。首先把地下水排減出壩體，保持襯砌邊坡內(nèi)外壓力平衡，采取了整治干渠外側(cè)截滲溝，干渠內(nèi)側(cè)鋪設(shè)砂石反濾層，透水的土工布和留有濾水孔的反濾板的方式排水；其次還要根據(jù)壩體側(cè)壓力的大小，計(jì)算出襯砌材料的自重以及支撐襯砌邊坡的齒墻能否抵抗側(cè)壓力而不發(fā)生變形，相應(yīng)采取混凝土板砌石混合襯砌、全斷面砌石襯砌、應(yīng)用水工連鎖磚等技術(shù)措施。綜上所述，根據(jù)灌區(qū)流經(jīng)地域的地下水埋深和土質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況，采取合適的襯砌方式并不斷加以改進(jìn)，引入更加科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方案和新型材料，確保工程質(zhì)量，才能有效降低渠道破壞的風(fēng)險，發(fā)揮更好的運(yùn)行效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛文明.防滲和排水系統(tǒng)在新疆北疆某調(diào)水工程中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2011，17（10）：94-95.

[2]王國斌.景電灌區(qū)襯砌渠道凍脹防治綜合技術(shù)研究[J].人民黃河，2010，32（9）：69-70.