濕陷性黃土區(qū)渠道防滲體不均勻沉陷破壞治理技術(shù)研究

摘 要：為解決濕陷性黃土區(qū)渠道不均勻沉陷、混凝土襯砌板沉陷滑塌嚴(yán)重、影響渠道安全運(yùn)行的問題，通過對(duì)寧夏固海擴(kuò)灌十干渠沉陷原因進(jìn)行分析，對(duì)渠道基土進(jìn)行翻夯，增設(shè)土工格柵，增加基土的承載力；采用弧底梯形現(xiàn)澆混凝土斷面、鋪設(shè)復(fù)合土工膜和苯板等綜合措施對(duì)渠道沉陷進(jìn)行治理。結(jié)果表明：渠道基土經(jīng)過翻夯后密度達(dá)到１．７８ ｇ／ ｃｍ３，孔隙比大幅度減小，密實(shí)度增大；采用現(xiàn)澆弧底梯形斷面，其結(jié)構(gòu)受力條件好，受到的凍脹力和不均勻沉陷有均勻化的調(diào)整；渠道改造治理后的基土含水量、混凝土板的凍脹量和沉降量均得到有效控制。通過對(duì)濕陷性黃土區(qū)渠道的綜合治理，完善了對(duì)渠道沉陷及混凝土板滑塌破壞等進(jìn)行治理的理論設(shè)計(jì)和方法。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；渠道；沉陷破壞；混凝土板滑塌；預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：ＴＶ６９８．２＋ ３２；Ｐ６４２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２５．０４．０２０

引用格式：王緒存，張海軍，李建國(guó)，等．濕陷性黃土區(qū)渠道防滲體不均勻沉陷破壞治理技術(shù)研究［Ｊ］．人民黃河，２０２５，４７（４）：１２７－１３２．

０ 引言

寧夏固海擴(kuò)灌十干渠位于濕陷性黃土區(qū)，基土濕陷嚴(yán)重。渠道在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)生不均勻沉陷，渠道襯砌混凝土板沉陷、架空、滑塌等破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，渠道的安全運(yùn)行和過流能力均受到不同程度的威脅。為恢復(fù)渠道的輸水能力，消除基土不均勻沉陷造成的渠道混凝土板滑塌、沉陷變形等危害，對(duì)基土進(jìn)行翻夯治理，渠道襯砌采用弧底梯形斷面結(jié)構(gòu)，并對(duì)渠道防滲、防凍脹結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

目前對(duì)濕陷性黃土以及渠道混凝土板沉陷、滑塌等治理有大量的研究成果，如：陳偉等［１］ 、武小鵬等［２］闡述了濕陷性黃土的物理力學(xué)特性，高英等［３］ 分析了孔隙在濕陷黃土中的變化，邵生俊等［４］ 對(duì)黃土物性指標(biāo)與濕陷性參數(shù)間的關(guān)系進(jìn)行了分析，李萍等［５］ 采用回歸分析對(duì)濕陷性進(jìn)行評(píng)價(jià)，有些學(xué)者通過現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)對(duì)黃土自重濕陷性進(jìn)行分析［６－８］ ，還有些學(xué)者從微結(jié)構(gòu)研究黃土濕陷機(jī)理［９－１０］ ，戴長(zhǎng)雷等［１１］ 研究?jī)鐾羺^(qū)水分運(yùn)行規(guī)律，王正中等［１２］ 、唐少容等［１３］ 對(duì)渠道的凍脹原因和特征進(jìn)行分析，王緒存等［１４］ 用排水帶治理渠道凍脹破壞，余曉敏等［１５］ 建立了渠道凍脹破壞的力學(xué)模型，肖旻等［１６］ 分析了高地下水位對(duì)混凝土板凍脹破壞的影響，張棟等［１７］ 對(duì)不同類型保溫板的防凍脹效果進(jìn)行了分析。本文以寧夏固海擴(kuò)灌十干渠為例，針對(duì)濕陷性黃土區(qū)渠道防滲體的不均勻沉陷破壞問題，提出對(duì)基土進(jìn)行翻夯、渠道采用弧底梯形斷面和防滲防凍脹等治理措施，并根據(jù)渠道混凝土板的沉降量和基土含水量等分析驗(yàn)證其治理沉陷的效果，以期為濕陷性黃土區(qū)渠道的科學(xué)設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行提供參考。

１ 渠道改造的必要性

固海擴(kuò)灌十干渠在建設(shè)初期受多種因素影響，渠道基土濕陷性處理不到位，渠道砌護(hù)只進(jìn)行了防滲漏處理（原渠道采用聚乙烯土工膜加混凝土預(yù)制板進(jìn)行砌護(hù)防滲），渠道經(jīng)過十幾年的運(yùn)行，發(fā)生沉陷變形、混凝土板滑塌等破壞，局部最大沉降量達(dá)到１１８ ｃｍ，過流能力由原設(shè)計(jì)流量９．０４ ｍ３ ／ ｓ 變?yōu)椋担?ｍ３ ／ ｓ，因此對(duì)固海擴(kuò)灌十干渠進(jìn)行改造十分迫切和必要。本次選取沉陷嚴(yán)重的１＋２３０—４＋５００ 段進(jìn)行治理改造。

２ 渠道運(yùn)行情況及巖性

２．１ 渠道的運(yùn)行情況

固海擴(kuò)灌十干渠位于東經(jīng)１０６°６′、北緯３８°３８′，屬于季節(jié)性凍土地區(qū)，該區(qū)年降水量為１８５～２２０ ｍｍ，年蒸發(fā)能力為１ ２５０～１ ３００ ｍｍ，年平均氣溫為６．８～９．６℃，每年１ 月下旬氣溫最低，最低值達(dá)到－３１．２ ℃，７ 月氣溫最高，極端值為３８．６ ℃，冰凍期為１１ 月上旬至次年４ 月下旬，凍結(jié)天數(shù)約為１７０ ｄ，凍土深度為９０～１１４ｃｍ，地下水埋深１５．２～２６．５ ｍ。渠道在每年４ 月初農(nóng)田春灌時(shí)過水，直到８ 月底秋灌結(jié)束；１１ 月初冬灌上水，１１ 月末冬灌結(jié)束。每年的冬灌幾乎都在負(fù)溫條件下運(yùn)行，渠道滲漏和基土凍脹對(duì)渠道混凝土板破壞嚴(yán)重。同時(shí)，渠道沿途建有多個(gè)調(diào)蓄水庫(kù)和蓄水池用于農(nóng)業(yè)灌溉和人飲工程的錯(cuò)峰調(diào)節(jié)。每年９—１０ 月的停水期是渠道維修的黃金季節(jié)。

２．２ 渠道的地形地貌及地層巖性

固海擴(kuò)灌十干渠建在清水河河谷的Ⅲ級(jí)階地上，該階地地勢(shì)較平坦，向河谷傾斜，以黃土為主。分布在渠道兩岸及低洼溝道的地層主要有第四系全新統(tǒng)人工填土、第四系上更新統(tǒng)黃土（深度大于３０ ｍ）。由于地下水埋深較深，因此地下水對(duì)渠道運(yùn)行無影響。渠道兩岸土體為土黃色粉粒，土質(zhì)較均勻，稍濕－濕，硬塑狀態(tài)，垂直節(jié)理發(fā)育；大孔隙發(fā)育，具濕陷性。

２．３ 渠道巖土的物理力學(xué)性質(zhì)

本次改造的固海擴(kuò)灌十干渠１＋２３０—４＋５００ 段屬于典型的濕陷性黃土區(qū)。渠道在建設(shè)之初防滲襯砌標(biāo)準(zhǔn)低，濕陷性沒有得到很好的治理。其原狀黃土基本物理力學(xué)指標(biāo)見表１。

２．４ 渠道黃土的濕陷性

固海擴(kuò)灌十干渠為濕陷性黃土場(chǎng)地，土層厚度均大于３０ ｍ。本次渠道濕陷性治理的土層深度較淺，在勘察取樣時(shí)探井深度均未揭穿該濕陷性土層。渠堤探測(cè)取樣深度范圍內(nèi)為Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土，濕陷系數(shù)δｓ 和自重濕陷系數(shù)δｚｓ 的最大值分別為０．１６１和０．１５３，土體的濕陷量和自重濕陷量最大值分別為１ ５１５．５ ｍｍ和７２９．６ ｍｍ，渠道土體的濕陷性和自重濕陷性均屬于強(qiáng)烈級(jí)別。

３ 渠道沉陷段混凝土板破壞情況分析

３．１ 渠道發(fā)生沉陷的原因

對(duì)于濕陷性黃土渠道，造成渠道沉陷變形的原因是多方面的，但誘發(fā)濕陷性黃土沉陷有以下３ 個(gè)因素：一是土體濕陷性的內(nèi)在特性，二是土體中水的浸入，三是土體的外部荷載作用。土體的沉降量隨濕陷特性不同而發(fā)生變化；土體中水的浸入、土體的自重和附加在土體上部的荷載是誘發(fā)土體發(fā)生沉陷的重要原因。

３．２ 渠道沉陷破壞的宏觀分析

固海擴(kuò)灌十干渠為預(yù)制混凝土板襯砌的梯形渠道，渠道底寬１．５ ｍ，砌護(hù)高度２．８ ｍ，邊坡１ ∶ １．５，混凝土襯砌板厚６ ｃｍ，下部鋪設(shè)０．３ ｍｍ 厚的聚乙烯防滲土工膜。渠道兩側(cè)的高地均為農(nóng)田，農(nóng)作物灌溉和地表水的下滲使渠道基土不斷濕化，造成基土濕陷，進(jìn)而引起渠道局部沉陷、混凝土板發(fā)生沉陷變形、滑塌破壞等現(xiàn)象。渠道防滲土工膜的局部沉陷，導(dǎo)致土工膜變形量加大，發(fā)展到土工膜局部拉裂、渠道水滲漏；另外在渠道施工過程中，混凝土板鋪設(shè)造成的土工膜破損沒有修補(bǔ)，造成破損部位渠道水滲漏，渠道基土含水量增大，渠道水壓力和渠堤土壓力的共同作用加速了渠道的沉陷。在冬季渠道停水期間，基土發(fā)生凍脹融沉，加劇了渠道混凝土板的架空、滑塌等破壞，使來年渠道上水期間滲漏量加大，形成渠道水滲漏—基土沉陷的互饋破壞現(xiàn)象。渠道滲漏、基土沉陷與混凝土板縫開裂、滑塌破壞機(jī)理如圖１ 所示。

渠道在長(zhǎng)期滲漏—沉陷的互饋破壞中，沉陷范圍及沉陷量均越來越大，混凝土板的破壞及沉陷逐漸加大，輸水能力越來越低。由此還會(huì)引起渠道沉陷部位四周形成沉陷裂縫，造成渠堤開裂、渠道決口等。

３．３ 渠道沉陷破壞的微觀分析

在黃土的天然結(jié)構(gòu)中，土體孔隙是由土體骨架顆粒之間的格架空間組成的。土體顆粒附著的可溶鹽和顆粒間格架孔隙所占的比例對(duì)土體濕陷性的大小有顯著的影響。

濕陷性黃土的沉陷分為溶解、移動(dòng)和重組３ 個(gè)階段。濕陷性黃土經(jīng)過水的浸泡后，土體顆?；蝾w粒間吸附的可溶鹽逐步溶解，顆粒間孔隙所占的比例逐漸增加，黏土礦物質(zhì)對(duì)土體顆粒骨架的膠結(jié)作用減弱，使土體形成欠密實(shí)的架空結(jié)構(gòu)，顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度降低，土體的抗壓強(qiáng)度減小。土體在上部荷載的作用下，顆粒間的支撐結(jié)構(gòu)逐漸失穩(wěn)，膠凝顆粒發(fā)生滑移，顆粒間的孔隙大小重新分布，發(fā)生濕陷變形的大孔隙和架空孔隙逐漸減少。土體的孔隙比和體積減小，土體密度增大；顆粒間的排列方式也由架空－鑲嵌結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻佑|－膠結(jié)結(jié)構(gòu)，土體顆粒間的排列達(dá)到新的平衡，土體結(jié)構(gòu)重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，體積減小，土體發(fā)生沉陷。

３．４ 渠道土層孔隙分析

從固海擴(kuò)灌十干渠的土層探測(cè)結(jié)果來看，渠堤不同深度的原狀土孔隙比和孔隙率呈現(xiàn)先增大后減小的狀態(tài)，０～３ ｍ 范圍內(nèi)孔隙比緩慢增大；３～７ ｍ 范圍內(nèi)孔隙比和孔隙率逐漸增大，最大值分別為１．１９５ 和５４．４４％，說明在該深度范圍內(nèi)渠道基土的孔隙多、結(jié)構(gòu)松散、承載力低；７ ～１１ ｍ 范圍內(nèi)隨著土壓力增大，含水量降低，孔隙比和孔隙率逐漸減小。０ ～ １１ ｍ 范圍內(nèi)原狀土的孔隙比和孔隙率的平均值分別為１．０３和５１．６９％，說明在勘測(cè)深度范圍內(nèi)的黃土密實(shí)程度均較低。

４ 渠道沉陷破壞的防治

固海揚(yáng)水干渠主要承擔(dān)寧夏中南部山區(qū)人畜飲水及農(nóng)作物灌溉任務(wù)，受渠道季節(jié)性輸水的限制，不能對(duì)渠道基土進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間浸泡消除黃土的濕陷風(fēng)險(xiǎn)。為了有效治理渠道的沉陷變形，主要采取措施增加渠道基土的密實(shí)度，減小土體孔隙率，增強(qiáng)基土的承載能力；另外對(duì)渠道進(jìn)行防滲漏和防凍脹砌護(hù)，減少渠道水滲漏和凍脹對(duì)渠道的危害。

４．１ 渠道翻夯斷面的設(shè)置

為了恢復(fù)渠道的輸水能力，消除渠道安全隱患，對(duì)沉陷變形段落進(jìn)行改造，主要措施是對(duì)渠道基土進(jìn)行翻夯，增加基土的承載能力；對(duì)渠道重新砌護(hù)，恢復(fù)和加強(qiáng)渠道防滲、防凍功能。

４．１．１ 翻夯機(jī)理

渠道水的滲漏導(dǎo)致基土發(fā)生沉陷。渠道沉陷從渠道中心線向兩側(cè)擴(kuò)散，呈現(xiàn)窄長(zhǎng)的“漏斗”形狀，越接近渠道中心線沉陷越嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)越疏松。在該“漏斗”形狀的基土中孔隙比從內(nèi)向外逐漸降低。通過翻夯靜壓能有效降低基土的孔隙比，在適宜含水量的作用下，震動(dòng)碾壓能使基土顆粒發(fā)生緩慢的蠕動(dòng)變形，隨著變形量的減小，基土趨于穩(wěn)定，孔隙比再次降低，最終渠道的濕陷達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，有效提高了翻夯土的密實(shí)度。根據(jù)渠道土層孔隙率分析，渠堤向下３～７ ｍ（即渠底向下０～４ ｍ）范圍內(nèi)基土的孔隙比最大，考慮到翻夯深度受渠道斷面的限制和改造的經(jīng)濟(jì)合理性，渠底翻夯深度取２ ｍ，邊坡翻夯深度取１ ｍ。

４．１．２ 翻夯設(shè)置。

該段渠道基土為Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土，濕陷性比較嚴(yán)重，并且濕陷性黃土的埋深較深，基土的孔隙率大，承載能力低。為了提高渠基的承載力，對(duì)渠道底部和邊坡進(jìn)行翻夯處理。在渠道底部的基土中每３０ ｃｍ厚鋪設(shè)一層土工格柵，共鋪設(shè)３ 層，以此增加基土的承載力。為了達(dá)到渠道全坡面基土翻夯的效果，在渠道邊坡翻夯時(shí)，邊坡回填超填２０ ｃｍ，在坡面全部回填完成后將超填的２０ ｃｍ 以削坡的形式進(jìn)行處理，以此來增加渠道基土的承載能力。

４．１．３ 翻夯效果

為了使渠道翻夯的壓實(shí)效果達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，對(duì)渠道翻夯的內(nèi)坡和底部基土的含水量進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見表２。

對(duì)渠道基土翻夯進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定土體最大干密度對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水量。土體的壓實(shí)效果受基土含水量的直接影響，當(dāng)基土含水量較低時(shí)，土粒間的摩擦阻力較大，基土不易壓實(shí)；在基土中加入適量的水，可減少土顆粒間的摩擦阻力，提高土體的壓實(shí)效果。但當(dāng)土體含水量過高時(shí)，土粒間的孔隙被多余的水分填充，土體的壓實(shí)效果降低。當(dāng)土體含水量達(dá)到最佳時(shí)，土體的壓實(shí)效果才能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。該段渠道試驗(yàn)測(cè)得的基土最大干密度為１．８４ ｇ／ ｃｍ３，壓實(shí)最優(yōu)含水量為１３．８％。

４．２ 渠道翻夯

為了使渠道翻夯土的含水量達(dá)到最優(yōu)，機(jī)械開挖時(shí)將渠道底部和邊坡的土方進(jìn)行預(yù)混合摻拌，渠底和邊坡的土料水分在不同方向上充分遷移，使土料的含水率達(dá)到最優(yōu)。分層回填時(shí)，采用靜壓和震動(dòng)兩種方法相結(jié)合進(jìn)行碾壓。基土回填過程中進(jìn)行取樣，測(cè)得回填密度均在１．７８ ｇ／ ｃｍ３ 以上，比原基土密度增大了０．２９ ｇ／ ｃｍ３；計(jì)算得到基土的孔隙比為０．７２８，比原渠道基土平均孔隙比減小０．３０２。

土工格柵是一種以聚烯烴為基材的土工合成材料，合成時(shí)加入一定的添加劑， 經(jīng)過強(qiáng)力焊接而成三維柵格狀結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐老化等性能。渠道翻夯時(shí)，在鋪設(shè)的土工格柵中加入松散土料，在機(jī)械碾壓作用下，土工格柵與基土相互咬合、連鎖、黏結(jié)，在基土中形成復(fù)合柔性結(jié)構(gòu)體系，有效增大了土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角，增強(qiáng)了基土的抗壓、抗剪性能，基土應(yīng)力和應(yīng)變特性得到改善，沉陷變形和側(cè)向位移得到控制，整體承載力得到增強(qiáng)，渠道的穩(wěn)定性得到提高。

４．３ 渠道砌護(hù)斷面

４．３．１ 原渠道斷面

原渠道為預(yù)制混凝土板襯砌的梯形渠道。渠道在冬季受到凍脹力作用發(fā)生不均勻沉降時(shí)，底部混凝土板因受到兩側(cè)邊板的約束，在較大的彎矩和拉應(yīng)力作用下，中部易出現(xiàn)裂縫。兩側(cè)邊坡的混凝土板在受到凍脹力作用的過程中，邊坡底部受到的法向力和切向力均最大，邊坡下部的混凝土板受到底部混凝土板的約束，不會(huì)產(chǎn)生大的位移，但邊坡的中下部受到的拉應(yīng)力增大，混凝土板間的填縫首先產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而混凝土板形成隆起、架空、滑塌破壞等現(xiàn)象，進(jìn)而造成渠道滲漏、沉降加劇等。

４．３．２ 弧底梯形斷面

為了避免梯形渠道斷面不均勻沉陷和應(yīng)力集中導(dǎo)致渠道襯砌混凝土板的破壞，本次改造中渠道斷面采用圓弧底梯形斷面?；〉滋菪螖嗝娴闹饕獌?yōu)點(diǎn)是渠道的整體結(jié)構(gòu)性好，邊坡和底部的混凝土板受力相互制約，對(duì)凍脹力的分布有均勻化的調(diào)整，渠道兩側(cè)產(chǎn)生的法向凍脹力使渠道整體上抬或下沉，混凝土板側(cè)向位移量小，渠道底部受力均勻，不會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象，混凝土板受到的應(yīng)力得到調(diào)整。

４．３．３ 改造渠道斷面

渠道襯砌斷面見圖２。在渠道的襯砌結(jié)構(gòu)中，自上而下依次為２０ ｃｍ 厚現(xiàn)澆混凝土、３０ ｍｍ 厚Ｍ５ 水泥砂漿、兩布一膜復(fù)合土工防滲膜（土工膜為０．５ ｍｍ的ＰＥ 膜，土工布為２００ ｇ／ ｍ２ 滌綸短纖針刺非織型土工織物）和４０ ｍｍ 厚苯板（２０ ｇ／ ｍ３）。

弧底梯形現(xiàn)澆混凝土斷面與預(yù)制板襯砌斷面相比，克服了因預(yù)制混凝土襯砌板較小而回填細(xì)石混凝土的縫隙多，在渠道基土受到不均勻凍脹時(shí)混凝土板縫容易開裂，造成混凝土板架空、滑塌等缺陷。弧底梯形斷面底部為圓弧結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力的整體性能好，當(dāng)弧底受到凍脹力和不均勻沉降時(shí)，底部和兩側(cè)邊坡受到的應(yīng)力以軸向力為主，在應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生混凝土板的整體上抬或下沉，同時(shí)還會(huì)發(fā)生微小的整體側(cè)移，對(duì)所受的應(yīng)力有均勻化調(diào)整，避免了梯形斷面在坡腳處應(yīng)力集中的現(xiàn)象；同時(shí)弧底渠道輸水具有濕周小、水力性能優(yōu)等特點(diǎn)。

在混凝土板底部鋪設(shè)的復(fù)合土工膜，是以聚氯乙烯塑料薄膜為防滲基材、與無紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，其防滲效果好、質(zhì)量輕、延伸性能好、抗撕裂性能和抗穿刺能力強(qiáng)，具有較好的抗拉性能和延伸性，同時(shí)無紡布表面粗糙，增大了與土體接觸面的摩擦系數(shù)，有利于渠道坡面的穩(wěn)定。鋪設(shè)的聚苯乙烯泡沫板是一種性能良好的泡沫隔熱保溫材料，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性低、吸水率小、抗老化性能強(qiáng)、運(yùn)輸施工方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)渠道基土具有蓄熱保溫性能，能有效減小渠道基土的凍脹深度和凍結(jié)速度，從而降低渠道混凝土板的凍脹破壞程度。

４．４ 改造后效果分析

４．４．１ 渠道凍脹及沉降量

固海擴(kuò)灌十干渠沉陷段于２０２０ 年秋季渠道停水期間完成改造后，在不同段落設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)沉降量進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)各個(gè)斷面的控制點(diǎn)進(jìn)行校對(duì)，確認(rèn)無誤后作為初始點(diǎn)進(jìn)行控制測(cè)量。分４ 個(gè)階段對(duì)渠道高程進(jìn)行測(cè)量，分別于２０２１ 年和２０２２ 年的１ 月和９ 月渠道停水期進(jìn)行，１ 月是渠道凍脹最嚴(yán)重的時(shí)間，９ 月是渠道基土含水量相對(duì)較高的時(shí)間。測(cè)量結(jié)果見表３。

從表３ 中可以看出，在渠道凍脹最嚴(yán)重的１ 月，渠道圓弧底和兩側(cè)的邊坡均有不同程度的凍脹現(xiàn)象，凍脹量最大值為３８ ｍｍ；９ 月渠道沉降量最大值為２７ｍｍ，渠道的高差變化均在可控范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)大的沉降變化。

４．４．２ 渠道凍土深度

２０２１ 年１ 月對(duì)改造段渠道和未改造段渠道以及大地的凍土深度進(jìn)行對(duì)比，采用直徑１５ ｃｍ 的鉆進(jìn)行鉆芯取樣，兩側(cè)在邊坡中部位置，渠底在中心線附近，大地凍土深度采用現(xiàn)場(chǎng)開挖實(shí)測(cè)，對(duì)比結(jié)果見表４。

實(shí)測(cè)的大地凍土深度最大，未改造渠道（鋪設(shè)有防滲膜和混凝土預(yù)制板）的凍土深度次之，改造段的凍土深度最小。渠道凍土深度的測(cè)量為鉆芯取樣，對(duì)凍土有一定的擾動(dòng)，但誤差不會(huì)太大?？梢钥闯觯冷佋O(shè)苯板后防凍效果明顯，能有效預(yù)防渠道的凍脹破壞。

４．４．３ 渠道基土含水量

在進(jìn)行凍土深度測(cè)量時(shí)，對(duì)渠道邊坡苯板以下３０ｃｍ 處和渠道底部苯板以下５０ ｃｍ 處的基土含水量進(jìn)行測(cè)量，實(shí)測(cè)改造段基土的含水量見表５。

渠道邊坡及渠底基土的含水量均接近原渠道基土的含水量，且沒有出現(xiàn)隨季節(jié)變化而增加的現(xiàn)象，說明渠道改造后防滲效果好，沒有出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

渠道改造段經(jīng)過２ ａ 運(yùn)行觀測(cè)，渠道沉降量在可控范圍內(nèi)，渠道沉陷和凍脹破壞狀況得到極大改善，現(xiàn)澆混凝土弧底和坡面混凝土板均未出現(xiàn)沉陷和開裂等破壞現(xiàn)象，渠道的改造治理達(dá)到了預(yù)期效果。

５ 結(jié)論

本文剖析了寧夏固海擴(kuò)灌十干渠濕陷性黃土區(qū)渠道發(fā)生沉陷、渠道砌護(hù)混凝土板產(chǎn)生破壞的原因，提出采取措施增加渠道基土的承載力、改造渠道砌護(hù)類型、防治渠道的滲漏、降低渠道基土中的含水量、確保渠道不發(fā)生沉降變形等破壞，并實(shí)測(cè)沉降量和基土含水量分析驗(yàn)證治理效果，得出以下結(jié)論：

１）對(duì)于濕陷性黃土區(qū)渠道，進(jìn)行渠道基土翻夯能有效提高基土的干密度，降低基土的孔隙比；在翻夯土中鋪設(shè)土工格柵，能大大提高濕陷性基土的承載力。

２）渠道改造時(shí)鋪設(shè)復(fù)合土工膜和聚苯乙烯防凍脹結(jié)構(gòu)，能有效治理渠道水的滲漏，預(yù)防基土沉陷和凍脹破壞。

３）渠道采用現(xiàn)澆混凝土弧底梯形斷面能有效降低渠道不均勻沉陷引起的應(yīng)力集中，避免濕陷性黃土的不均勻沉陷，有效保護(hù)渠道的整體穩(wěn)定性。

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【責(zé)任編輯 許立新】

基金項(xiàng)目：寧夏水利科技項(xiàng)目（寧水科信發(fā)〔２０１９〕５ 號(hào)）