濱州市引黃灌區(qū)工程安全運(yùn)行影響因素探析

由國棟，趙江濤，姜 鵬

（濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600)

濱州市位于黃河下游的魯北平原，瀕臨渤海，總面積 9446 km2，現(xiàn)有耕地面積 39.13萬 hm2，目前，全市現(xiàn)有大中型引黃灌區(qū)13處，其中大型灌區(qū)6處，中型灌區(qū)7處，有效灌溉面積30萬hm2，年均實(shí)灌面積34.7萬hm2。引黃灌區(qū)的發(fā)展對提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)、人與自然的關(guān)系，緩解人口、資源、環(huán)境的壓力和水資源供需矛盾，對實(shí)現(xiàn)濱州經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展起著重要保障作用。

1 引黃灌區(qū)干渠破壞的主要表現(xiàn)形式

濱州市引黃灌區(qū)經(jīng)過多年的改造，干渠逐步實(shí)現(xiàn)混凝土預(yù)制板襯砌，減少水資源的滲漏損失、節(jié)約了水資源，提高干渠的通水能力和壩體的抗沖刷能力，增強(qiáng)大壩的安全性和穩(wěn)定性。但目前引黃灌區(qū)干渠破壞現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在：一是襯砌板破壞，地下渠邊坡下起第二、三行預(yù)制板局部坍塌、地上渠邊坡下第二、三行預(yù)制板翹起、空鼓，襯砌板空鼓、凹陷等；二是壩體破壞，壩體沖坑、沖溝、空洞，壩體與建筑物結(jié)合部滲漏，壩頂沖坑等現(xiàn)象。對地上渠道的灌區(qū)的襯砌板破壞將嚴(yán)重影響大壩的工程安全，干渠工程破壞是多種因素造成的，在灌區(qū)運(yùn)行管理中應(yīng)對各種因素進(jìn)行多方面分析，采取綜合措施進(jìn)行處理。

2 影響引黃灌區(qū)工程安全的主要因素分析

2.1 地下水壓力突變造成安全隱患

濱州市屬于半干旱半濕潤氣候，具有明顯的季節(jié)變化，且具有冬寒少雪，春旱多風(fēng)，夏熱多雨，晚秋又旱的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)水資源時(shí)空分布嚴(yán)重不均，多年平均降雨量為598mm。其中6～9月份降水量達(dá)456mm，占全年降水量的76.3%，水資源的年內(nèi)分配具有明顯的季節(jié)性。濱州市引黃灌區(qū)干渠大都以地下渠為主，正常情況下渠底一般在地下水位線下0.5m，在汛期降水量集中，地下水位上升，渠底在地下水位線下1.2m，由于襯砌板的排水性能不佳，所受的地下水壓力增大，加之壩體土壤以輕壤土和中壤土為主，具有固結(jié)力弱、保水能力差，遇水宜流失，致使襯砌板不僅要承受地下水壓力，還要承受土壤產(chǎn)生水平壓力，極易造成襯砌板坍塌和壩基沖坑，影響干渠工程安全。

2.2 渠道凍脹破壞帶來安全隱患

濱州市的冰凍期一般為12月初至2月底前后，全區(qū)凍土厚度多年平均在0.37m～0.42m，渠道通過地下水位區(qū)時(shí)，渠底及坡下部水分遷移強(qiáng)烈，凍脹明顯。渠道襯砌凍脹的主要表現(xiàn)：（1）凍脹不均勻。（2）凍脹作用使對現(xiàn)澆板產(chǎn)生翹起；預(yù)制板產(chǎn)生錯(cuò)位、對折。（3）凍脹破壞逐年加劇：渠道經(jīng)過凍結(jié)和融化之后，襯砌板產(chǎn)生裂縫，板縫開始錯(cuò)位，基土空隙率增大，透水性增強(qiáng)，再凍結(jié)時(shí)水分易流向凍結(jié)層，增加了水分遷移和凍脹作用。在灌溉期，灌區(qū)干渠中的泥沙隨水流沿縫隙進(jìn)入板下，逐年加劇了凍脹影響，導(dǎo)致襯砌渠道凍脹破壞逐年加劇。

2.3 冬季破冰放水對渠道影響

冬季干渠結(jié)冰時(shí)冰蓋對水面以上附近的襯砌板產(chǎn)生拉推力，破冰放水行冰時(shí)冰塊又對襯砌板產(chǎn)生撞擊力，加劇了襯砌板的錯(cuò)位、翹起和變形，加劇了襯砌板的破壞。冬季破冰放水干渠渠道中極易產(chǎn)生壅冰現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生冰壩，形成小流量高水位運(yùn)行，尤其是夜間溫度低，危險(xiǎn)性更大，干渠冰壩造成水流從板縫進(jìn)入襯砌板在板下流動(dòng)，帶走襯砌板下基土，危害渠道安全。

2.4 襯砌板工程施工因素

目前渠道預(yù)制襯砌板一般為長58cm,寬38cm,高6cm，預(yù)制板重量較輕，襯砌板嵌縫質(zhì)量差、砂漿強(qiáng)度不夠、或者嵌縫時(shí)基面未清理干凈等因素導(dǎo)致砂漿與預(yù)制板之間的粘結(jié)力不足，導(dǎo)致襯砌板整體性差，在汛期，地下水壓力增大時(shí)易破壞。盡管有些灌區(qū)采取填沙置換板下土層、襯砌板上預(yù)留孔等措施以降低凍脹量和地下水壓力，但由于填砂質(zhì)量不過關(guān)、預(yù)留孔被堵而未能充分發(fā)揮其作用，襯砌板在地下水壓力增加時(shí)容易破壞。

2.5 干渠大壩壩體的因素

大壩壩體與建筑物的結(jié)合部位，回填土密實(shí)度不夠，局部產(chǎn)生不均勻沉降，引起壩坡破壞甚至滲漏；壩頂土不密實(shí)、存在空洞；壩頂種植樹木的地方，樹木四周形成集水坑；本地區(qū)為黃河泛平原，土質(zhì)以粉土為主，遇水宜流失；雨季容易在大壩壩體中產(chǎn)生水土流失、空洞、沖溝、沖坑等現(xiàn)象，在受大降水量影響時(shí)，土體中含水率和空隙水壓力增加，有效應(yīng)力降低，土體抗剪強(qiáng)度降低，減弱壩體的穩(wěn)定性。

3 引黃灌區(qū)干渠工程安全應(yīng)采取的措施和建議

3.1 改進(jìn)襯砌板結(jié)構(gòu)

襯砌板受地下水壓力作用而破壞，一是襯砌板輕，不足以抵抗地下水的壓力；二是襯砌板表面的預(yù)留空未起到防地下水揚(yáng)壓力作用。可采取在干渠邊坡下起第三行板采用加厚預(yù)制襯砌板，提高對地下水壓力的抵抗；襯砌板嵌縫時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)定砂漿標(biāo)號(hào)和配合比生產(chǎn)，預(yù)制板基面清理干凈，增強(qiáng)預(yù)制板的整體性減少預(yù)制板的破壞；對襯砌板預(yù)留排水孔，汛期前進(jìn)行清理，確保其排水功能。

3.2 襯砌板下置換粗沙反濾層

砂置換層厚一般30cm，不僅起到降低地下水壓力的作用，還起到預(yù)防凍脹破壞的作用，根據(jù)近幾年的實(shí)踐，在襯砌板下應(yīng)用纖維沙袋，由于纖維沙袋本身具有一定的保溫作用，沙袋內(nèi)裝有粗沙，排水能力較強(qiáng)，纖維沙袋的整體性強(qiáng)，利于抵抗地下水的揚(yáng)壓力。在填沙時(shí)要專人現(xiàn)場負(fù)責(zé)，保證沙的質(zhì)量和厚度、密實(shí)度，嚴(yán)禁混入雜土。

3.3 灌區(qū)應(yīng)合理安排引水調(diào)度，盡量避免冬季破冰放水

灌區(qū)應(yīng)合理安排引水調(diào)度，嚴(yán)格按照渠道運(yùn)行管理的設(shè)計(jì)要求，制定科學(xué)的冬季運(yùn)行期限、冬季停灌和春季開灌日期。如急需冬季破冰放水，科學(xué)合理調(diào)配引黃流量，保證水在冰蓋下流動(dòng)；避免引水流量不當(dāng)導(dǎo)致冰面層層加厚的現(xiàn)象，避免大水破冰產(chǎn)生冰壩，避免大冰塊隨水流撞擊襯砌板的現(xiàn)象。

3.4 強(qiáng)化干渠大壩壩體管理

加強(qiáng)大壩壩體的檢查，尤其是要經(jīng)常徒步檢查，定期普查，發(fā)現(xiàn)壩體滲漏問題要仔細(xì)檢查，必要時(shí)立即停水維修；灌溉期停水和雨后都要檢查，對壩體與建筑物結(jié)合部要進(jìn)行釬探，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理；對壩頂?shù)屯莺涂斩床课灰皶r(shí)采用粘土回填并夯實(shí)；壩頂樹木四周要用土培厚培高，避免雨后產(chǎn)生空洞；對壩身薄弱部位要進(jìn)行定期培土加厚并夯實(shí)，提高壩體的抗?jié)B性和穩(wěn)定性。

3.5 加強(qiáng)工程質(zhì)量的控制

無論新建工程還是維修工程，要貫徹質(zhì)量控制的事先、事中、事后的三控制原則。每道工序要采取施工班組自檢、施工隊(duì)復(fù)檢、監(jiān)理終檢的三檢制。對回填壩體土質(zhì)成分、含水率、密實(shí)度等進(jìn)行現(xiàn)場觀測、儀器取樣測試；對進(jìn)入工地的沙、石、水泥、鋼材等主要原材料，必須持有原產(chǎn)地化驗(yàn)單，對原材料要進(jìn)行抽樣試驗(yàn)、凡不合格的產(chǎn)品、半成品、原材料限期運(yùn)出工地。對重點(diǎn)部位，要采取現(xiàn)場全程旁站監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題立即處理，確保工程施工質(zhì)量安全。

3.6 建立干渠安全評(píng)價(jià)體系

引黃灌區(qū)干渠一般有大壩、引水閘、節(jié)制閘、穿涵、渡槽等建筑物有機(jī)結(jié)合組成的多功能的、復(fù)雜的整體。要根據(jù)灌區(qū)的設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位、壩體土質(zhì)、行水狀態(tài)、建筑物的功能等建立灌區(qū)的安全運(yùn)行評(píng)價(jià)體系。根據(jù)灌區(qū)壩體滲漏、滑坡、密實(shí)度、裂縫，襯砌板的錯(cuò)位、對折、滑落狀況，建筑物完好、滲漏情況，建立綜合的安全評(píng)價(jià)體系，將引黃灌區(qū)干渠完好程度分為完好、基本完好、損壞輕微、損壞較嚴(yán)重、損壞嚴(yán)重五個(gè)等級(jí)，建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，每年定期對干渠進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，根據(jù)情況對干渠進(jìn)行修復(fù)，做到防范于未然。