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行簡單的分析。根據小開河引黃灌區多年運行經驗，以渠道沿途地區地下水位動態情況，采取不同襯砌構造型式，能有效防治地下水對襯砌邊坡的破壞，提高灌區的運行壽命。

【關鍵詞】引黃灌區；地下水；渠道襯砌；反濾板

引言

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

1、襯砌邊坡破壞原因分析

針對襯砌板坍塌問題，灌區組織工程專家實地進行調查，除去工程自身施工質量的因素，得出結論：造成渠道襯砌邊坡損壞的主要原因是地下水的側向擠壓作用。邊坡坍塌區域開始于干渠中下游，高程進入半地下渠道地段。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，由于渠道內邊坡混凝土襯砌板底部鋪設不透水復合土工膜，地下水無法及時疏出壩體，加之非灌溉期，渠道內無蓄水，內外壓力不平衡，在高地下水位對渠道內邊坡浸泡和巨大側壓力作用下，以粉質砂壤土為主的壩體下部填筑土層向壩體內側邊坡發生側向流變變形，造成襯砌邊坡損壞。地下水對渠道襯砌的影響，灌區上游基本為零，自灌區中游開始，逐漸產生并隨著渠底高程降低而增強，對襯砌工程的破壞程度也逐漸增大，至灌區下游全地下渠道段破壞力最大。

2、防治措施

2.1砌石混凝土預制板混合襯砌形式

隨著襯砌工程向灌區下游進一步延伸，地下水位逐漸增高，采用無砂混凝土反濾板的缺點逐漸顯現出來。主要表現為混凝土板自重輕，抵抗地下水和土壤側壓力能力不足。小開河灌區經過多次試驗，發現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：護砌段上部采用C25混凝土預制板，下部采用250mm厚的M10漿砌石，護砌高度1.30m；砌石下鋪設厚度為10.0cm，級配為2.0～5.0cm石子，預制板和碎石下鋪設土工布（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，穩定性好，抗側壓能力強。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；其次對施工質量要求程度高，特別需要加強管理，消除質量通病，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。目前引黃濟青啟用的是第二沉沙條渠，已累計沉沙1152萬m3。原設計使用3-5年的條渠，已使用了20余年，目前主要依靠以挖待沉、堤外堆砂的方式運行，給引黃濟青工程的管理和運行帶來了沉重的負擔，急需建設新的沉沙條渠。為了解決現有渠道襯砌凍脹、地下水頂托破壞及渠底長草加大輸水糙率問題，根據《渠道防滲工程技術規范》SL18—2004的規定，現有渠道襯砌已經達到正常使用年限，到了更新換代期，必須根據現有的氣象資料、沿線地下水動態和新的保溫措施，重新對渠道進行襯砌，以滿足輸送黃河水和長江水的需要，以確保膠東地區社會經濟健康快速發展。

2.3截滲溝的有效利用

渠坡坍塌的部位，大多發生于截滲溝功能喪失或外側無截滲溝地段。對此，小開河灌區對現有截滲溝進行了整理疏浚，末端引入區域徑流，將溝內積水及時排走，保持通水順暢，降低過高地下水位對主干渠道內側壓力。效果證明，充分發揮截滲溝降低渠道內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，不具備大規模開挖的條件。為了應對地下水對工程的危害，特別是下游輸水渠新建襯砌工程，小開河灌區主要采取技術處理措施：將襯砌邊坡下部1.3m內的不透水復合土工膜更換成透水的土工布，并在布下鋪設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行襯砌。

結語

地下水對引黃灌區渠道襯砌破壞力巨大。襯砌后的渠道，在運行初期，壩體土質比較穩定，嵌縫砂漿密實、強度高，襯砌坡不容易破壞。運行若干年后，壩體在地下水的長期浸泡和滲流作用下，固結力弱的粉質壤土、粉質砂壤土等容易發生滲透變形；同時混凝土板之間的固結砂漿受氣候和水流的影響變得疏松，強度降低；老化的渠道在地下水和土壤滲透側壓力擠壓作用下，產生坍塌破壞。小開河灌區工作人員總結多年運行經驗，改進設計方案。首先把地下水排減出壩體，保持襯砌邊坡內外壓力平衡，采取了整治干渠外側截滲溝，干渠內側鋪設砂石反濾層，透水的土工布和留有濾水孔的反濾板的方式排水；其次還要根據壩體側壓力的大小，計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壓力而不發生變形，相應采取混凝土板砌石混合襯砌、全斷面砌石襯砌、應用水工連鎖磚等技術措施。綜上所述，根據灌區流經地域的地下水埋深和土質構造的實際情況，采取合適的襯砌方式并不斷加以改進，引入更加科學有效的設計方案和新型材料，確保工程質量，才能有效降低渠道破壞的風險，發揮更好的運行效益。

參考文獻：

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