強(qiáng)降雨天氣對(duì)渠道襯砌結(jié)構(gòu)的影響及對(duì)策

孫 翀，李 琨，莊志鳳

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南250000）

引黃濟(jì)青東營(yíng)段渠道襯砌工程全長(zhǎng)11.607km，于1989年建成通水，運(yùn)行20多年后，渠道襯砌勾縫砂漿脫落，輸水糙率加大，渠道過(guò)流能力明顯降低，已不能滿(mǎn)足安全運(yùn)行和設(shè)計(jì)輸水規(guī)模要求。為徹底解決工程設(shè)施老化、輸水效率低、供水能力不足等問(wèn)題，自2014年起對(duì)引黃濟(jì)青工程實(shí)施改擴(kuò)建工程，渠道工程主要是增加全斷面防滲和保溫措施，更換新的預(yù)制襯砌板。

1 強(qiáng)降雨影響

引黃濟(jì)青東營(yíng)段工程改造完成后，連續(xù)兩年遭遇臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨。2018年8月，受臺(tái)風(fēng)“溫比亞”影響，山東多地出現(xiàn)大暴雨、局部特大暴雨，山東省平均降水量132.4 mm，創(chuàng)下1951年以來(lái)過(guò)程降雨量歷史最高紀(jì)錄。引黃濟(jì)青工程沿線(xiàn)地區(qū)東營(yíng)平均降水超過(guò)200 mm，暴雨降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，波及范圍大，局地強(qiáng)度大；同時(shí)，由于“溫比亞”影響區(qū)域與此前的臺(tái)風(fēng)“摩羯”有較大程度重合，“溫比亞”影響前土壤含水量已形成飽和，降水不能下滲，加重了工程沿線(xiàn)地區(qū)洪澇災(zāi)害。2019年8月，受超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響，山東多地降強(qiáng)暴雨，全省平均降水量158 mm，16市117個(gè)縣（市、區(qū)）不同程度受災(zāi)，多地降雨量破歷史極值，其中廣饒降雨量達(dá)343 mm。強(qiáng)降雨造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，工程沿線(xiàn)普遍發(fā)生坍塌、滑坡、鼓脹破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，東營(yíng)段渠道襯砌板破壞總長(zhǎng)度為8 383.86 m，其中左岸4 051.98 m，右岸4331.88 m；損毀面積約6.71萬(wàn)m2，約占已完成襯砌改造面積的35%、長(zhǎng)度的70%。

2 原因分析

一是搜集了渠道襯砌工程有關(guān)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、檢測(cè)、運(yùn)行管理以及當(dāng)?shù)厮臍庀?、工程地質(zhì)等相關(guān)資料和數(shù)據(jù)。二是分別選取未損壞渠段、損壞較輕渠段、損壞嚴(yán)重渠段的典型斷面，開(kāi)展地質(zhì)勘探工作，確定堤身和堤基的地質(zhì)情況。三是布設(shè)滲壓計(jì)設(shè)備，對(duì)渠道運(yùn)行周期內(nèi)部水位變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并收集相關(guān)數(shù)據(jù)。四是分別選擇隆起、塌陷、滑坡典型破壞形式對(duì)應(yīng)的渠段，采用地質(zhì)雷達(dá)等無(wú)損檢測(cè)手段進(jìn)行檢測(cè)，分析襯砌損壞影響區(qū)域及影響深度；對(duì)部分損毀區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖檢查，確定排水系統(tǒng)和襯砌板后堤身土層情況。五是在現(xiàn)場(chǎng)勘察、室內(nèi)試驗(yàn)等工作的基礎(chǔ)上對(duì)堤身滲流情況、排水減壓設(shè)計(jì)、堤身和襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、渠道防凍脹設(shè)計(jì)等進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)排水系統(tǒng)的布置與構(gòu)造進(jìn)行綜合計(jì)算分析。

2.1 典型斷面地質(zhì)情況

1）層填筑土。黃褐色，土質(zhì)不均勻，以黏土為主，夾少量壤土薄層，含少量砂壤土薄層。由人工填筑而成，場(chǎng)區(qū)普遍分布；厚度3.70～4.80 m，平均4.11 m；層底標(biāo)高0.78～1.78 m，平均1.43 m。層底埋深3.70～4.80 m，平均4.11 m。

2）層壤土。黃褐色~灰褐色，土質(zhì)較均勻，以輕壤土為主，可塑性差，夾粉砂、砂壤土薄層，含少量貝殼碎片，場(chǎng)區(qū)普遍分布；厚度1.90～5.20 m，平均3.50 m；層底標(biāo)高-4.42～-0.58 m，平均-2.07 m；層底埋深6.00～10.00 m，平均7.61 m。

3）層黏土?；液稚临|(zhì)較均勻，夾壤土薄層，軟塑～可塑。該層在勘察深度10.00 m范圍內(nèi)未穿透。根據(jù)滲透試驗(yàn)分析：1層填筑土為弱透水性土層，2層壤土為中等透水性土層，3層黏土為微透水性土層。根據(jù)注水試驗(yàn)分析得出，渠道填筑土為弱-中等透水性土層。

2.2 典型渠段復(fù)核計(jì)算

對(duì)渠道的復(fù)核計(jì)算分析需重點(diǎn)針對(duì)渠道的滲流穩(wěn)定。從渠道滲流穩(wěn)定角度來(lái)看，維持渠道襯砌抗浮穩(wěn)定的力主要有渠道內(nèi)水的壓力和襯砌板自身的重力。在集中降雨入滲時(shí)，渠堤內(nèi)部地下水位顯著升高，渠道襯砌層下的水壓力增大。當(dāng)渠堤內(nèi)部地下水不能有效排出且渠堤內(nèi)部水壓力明顯高于渠內(nèi)水壓力時(shí)，在地下水的浮托作用下，將可能使得渠道襯砌板向上浮動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)渠道襯砌損壞。

綜合“溫比亞”臺(tái)風(fēng)和“利奇馬”臺(tái)風(fēng)的降雨情況、降雨過(guò)程監(jiān)測(cè)到的堤身內(nèi)部地下水位變化情況，以及引黃濟(jì)青一期和二期改擴(kuò)建工程渠道襯砌損壞情況，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)檢查的結(jié)果分析得出：連續(xù)強(qiáng)降雨造成地下水位顯著升高，且堤身內(nèi)部地下水位顯著高于渠內(nèi)水位是渠道襯砌損壞的主要原因。

3 解決對(duì)策

當(dāng)?shù)叵滤桓哂谇谆蚯馑桓哂谇?nèi)水位時(shí)，剛性渠道襯砌層將可能因底面水壓力過(guò)大而產(chǎn)生浮動(dòng)破壞。為了保證渠道的正常運(yùn)行，須采用工程措施排水，釋放襯砌板下的水壓力。當(dāng)渠道周?chē)休^低洼的地勢(shì)，可以通過(guò)排水系統(tǒng)直接把地下水引向低洼地勢(shì)處；當(dāng)周?chē)貏?shì)不滿(mǎn)足外排條件時(shí)，可以通過(guò)排水系統(tǒng)直接把水排入渠道內(nèi)。為增加渠道襯砌層的抗浮穩(wěn)定性，工程措施可以分為“抗”與“放”兩類(lèi)：“抗”是指采用工程措施抵抗結(jié)構(gòu)物之下的水壓力，包括配重抗浮、錨固抗浮等；“放”是指排水減壓?？紤]到渠道已經(jīng)設(shè)置排水系統(tǒng)，因此需對(duì)“放”進(jìn)行優(yōu)化。

4 具體方案

4.1 隆起與滑坡渠段修復(fù)

拆除發(fā)生位移的齒墻壓頂板，拆除發(fā)生隆起、滑坡面的預(yù)制板，拆除高度沿坡面4.3 m（10行預(yù)制板）。用腳手架撐起邊坡上部未破壞的預(yù)制板，防止發(fā)生位移。拆除土工膜和保溫板，清理表層土10 cm，整平坡面。渠道齒墻以上高度沿坡面4.3 m分別鋪設(shè)10 cm中粗砂、土工布、聚苯乙烯保溫板厚（陰坡厚3 cm，陽(yáng)坡厚2 cm、帶孔透水）、預(yù)制混凝土板（6 cm厚預(yù)制帶孔混凝土板與舊預(yù)制板梅花型交叉鋪設(shè)）。上部破壞的邊坡采用原設(shè)計(jì)方案恢復(fù)，即利用完整的舊預(yù)制板重新砌筑。

4.2 全面滑坡與塌陷渠段修復(fù)

拆除清理發(fā)生滑坡和塌陷渠段的預(yù)制板、土工膜、保溫板、清理表層土10 cm，運(yùn)至渠道外，人工回填土方、整平坡面（坡比與原設(shè)計(jì)相同）后夯實(shí)。渠道齒墻以上高度沿坡面4.3 m分別鋪設(shè)10 cm中粗砂、土工布、聚苯乙烯保溫板（陰坡厚3 cm、陽(yáng)坡厚2 cm、帶孔透水）、預(yù)制混凝土板（6 cm厚預(yù)制帶孔混凝土板與舊預(yù)制板梅花型交叉鋪設(shè)）。上部破壞的邊坡采用原設(shè)計(jì)方案恢復(fù)，即利用完整的舊預(yù)制板重新砌筑。

4.3 底板隆起修復(fù)

拆除清理預(yù)制板，查驗(yàn)舊土工膜完整性。若損壞，清理土工膜，整理渠底后，重新利用舊預(yù)制板按照原設(shè)計(jì)砌筑；若未損壞，且性能參數(shù)滿(mǎn)足要求，僅利用完整的舊預(yù)制板重新砌筑。

5 結(jié)語(yǔ)

引黃濟(jì)青改擴(kuò)建東營(yíng)段因強(qiáng)降雨導(dǎo)致的水毀工程依據(jù)科學(xué)的技術(shù)分析，制定合理的修復(fù)方案，實(shí)施完成后并經(jīng)歷了一個(gè)運(yùn)行周期的檢驗(yàn)、檢測(cè)和跟蹤，襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運(yùn)行工況良好，為同類(lèi)工程問(wèn)題處理提供了借鑒。