地下水對引黃襯砌渠道影響分析及對策

王 力，石志琢，崔金山

（1.濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256603；2.無棣縣蘆家河子水庫管理所，山東 無棣 251900；3.無棣縣水資源管理辦公室，山東 無棣 251900）

地下水對引黃襯砌渠道影響分析及對策

王 力1，石志琢2，崔金山3

（1.濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256603；2.無棣縣蘆家河子水庫管理所，山東 無棣 251900；3.無棣縣水資源管理辦公室，山東 無棣 251900）

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。

引黃灌區(qū)；地下水；渠道襯砌；反濾板

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7.33萬hm2，設(shè)計(jì)引水流量60 m3/s，年設(shè)計(jì)引水3.93億m3。灌區(qū)干渠全長96.50 km，采取的主要襯砌型式是6.0 cm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1.5 m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-0.5 m，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-0.5 m升至-1.0～-1.3 m，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 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1.3 m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)20 cm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。

2.2 無砂混凝土反濾板的應(yīng)用

無砂混凝土反濾板，是指在普通尺寸的混凝土預(yù)制板生產(chǎn)過程中，板身預(yù)留2個直徑10 cm左右小孔，僅用0.5～1 cm碎石一種骨料拌合的混凝土進(jìn)行二次填充。小孔中所填充的混凝土，骨料僅使用碎石而無砂，且不振搗密實(shí)，孔隙率較大，透水性良好。

在小開河灌區(qū)中下游，為了降低壩體內(nèi)外水壓力差，在渠坡下部1.3 m范圍內(nèi)，在普通混凝土襯砌板中，呈梅花狀布置3層無砂反濾板，板下鋪設(shè)300 g/m2土工布，布下設(shè)20 cm砂石反濾層。這種襯砌方式，在壩體底部產(chǎn)生一個透水帶，既可以將地下水排泄出來，減小其對壩體的側(cè)壓力；砂石反濾層又可防止壩體土壤隨透水產(chǎn)生流土，危害壩體安全。渠坡下部1.3 m范圍內(nèi)所有混凝土板厚度由6.0 cm增加到8.0 cm，增加自重抵抗地下水的側(cè)壓力。

2.3 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250 mm厚的M10漿砌石，護(hù)砌高度1.30 m；砌石下鋪設(shè)厚度為10.0 cm，級配為2.0~5.0 cm石子，預(yù)制板和碎石下鋪設(shè)土工布（300 g/m2）；在距渠底0.4 m處向上布置2排φ50塑料排水管，縱、橫向間距1.0 m，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。

2.4 水工連鎖磚的應(yīng)用

在防治渠坡破壞的各種技術(shù)措施中，小開河灌區(qū)也試驗(yàn)性地應(yīng)用了水工連鎖磚。近年來連鎖磚逐漸應(yīng)用到渠道邊坡襯砌工程中：其特點(diǎn)是首先相鄰的砌體可以互相鎖緊，連環(huán)相扣，形成一個穩(wěn)固的整體；其次在施工過程中，區(qū)別于傳統(tǒng)砌體，不使用水泥砂漿等黏結(jié)材料，直接擺正鎖緊即可。應(yīng)用結(jié)果表明，使用連鎖磚取代漿砌石，首先可以解決砌石人工短缺的問題；其次可以降低主要材料成本：連鎖磚扣緊后，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)固，完全可以抵御地下水的側(cè)壓力，而且厚度采用10 cm混凝土板,不使用水泥砂漿等材料，降低了成本，造價遠(yuǎn)低于漿砌石。

其缺點(diǎn)是：首先提高了基底的齒墻混凝土現(xiàn)澆施工標(biāo)準(zhǔn)?；X墻混凝土現(xiàn)澆必須保證是一條直線，平整度要好，這樣底部第一層連鎖磚鋪設(shè)合格，第二層磚才能滿足鋪設(shè)條件。環(huán)環(huán)相扣，第一道工序完成不好，下一步很難繼續(xù)；其次對施工工藝要求高，工人需花費(fèi)較長時間對連鎖磚進(jìn)行調(diào)整，才能使上下左右相鄰的磚完全扣合，人工消耗量大，增加了施工難度。綜合比較，水工連鎖磚在工程造價、施工難易程度、質(zhì)量控制上優(yōu)于漿砌石，可以推廣應(yīng)用。

3 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。

（責(zé)任編輯崔春梅）

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1009-6159（2017）-05-0038-02

2017-01-04

王力（1977—），男，工程師