膠東調(diào)水明渠混凝土襯砌結(jié)構(gòu)破壞問題 原因分析及對策

孫佑光 王兵

摘 要：明渠是大型調(diào)水工程的主要輸水形式，其內(nèi)坡的混凝土襯砌是影響輸水損失量和堤壩工程安全的關(guān)鍵因素之一，本文對膠東調(diào)水輸水明渠襯砌結(jié)構(gòu)破壞的不同表現(xiàn)進(jìn)行歸類，對損壞原因進(jìn)行了分析，從優(yōu)化襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制及工程管理維護(hù)方面，提出了提高襯砌工程耐久性的對策。

關(guān)鍵詞：混凝土襯砌；原因分析；對策

中圖分類號(hào)：TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）8-0056-02

膠東調(diào)水輸水工程是南水北調(diào)東線工程的支線，西起東平湖，東至山東威海米山水庫，全長688公里。其中，明渠長度540公里，為減少明渠輸水滲漏損失，保護(hù)渠道免遭水流沖刷，明渠進(jìn)行全斷面混凝土襯砌，明渠運(yùn)行后，受溫度、降雨等多種因素影響，部分渠段出現(xiàn)了混凝土板鼓脹、塌陷等問題，造成渠道滲水、沖刷，影響了渠道的正常輸水。

1工程概況

膠東調(diào)水明渠沿線地形地貌復(fù)雜，地貌單元以剝蝕丘陵、山前沖積平原、山間沖積洪積平原為主；水文地質(zhì)條件迥異，基巖風(fēng)化層厚度較大，第四系沉積物以壤土、中粗砂、礫質(zhì)粗砂等為主，滲透性普遍較強(qiáng)。根據(jù)地質(zhì)條件、防滲要求不同，渠道內(nèi)坡的混凝土襯砌結(jié)構(gòu)主要有三種型式，一是預(yù)制混凝土板+土工膜+保溫板結(jié)構(gòu)型式，二是現(xiàn)澆混凝土板+保溫板結(jié)構(gòu)形式，三是渠坡5cm C10混凝土墊層找平+金屬擴(kuò)張網(wǎng)+噴5cm C30混凝土型式。

2渠道襯砌板出現(xiàn)的主要破壞問題及原因分析

2.1預(yù)制襯砌板塌陷破壞

問題。塌陷破壞多發(fā)生在渠道建筑物附近，如公路橋橋樁附近或穿渠倒虹頂部等。塌陷面積2～10m2不等，最大達(dá)30m2，塌陷深度5～30cm。

原因分析。一是地表徑流侵入襯砌板沖刷土坡，導(dǎo)致壩坡和襯砌板塌陷；二是受建筑物影響，渠坡削坡回填土夯實(shí)質(zhì)量不滿足要求。

2.2襯砌板鼓脹

2.2.1部分深挖方段襯砌板發(fā)生鼓脹

問題。萊州后趴埠區(qū)段位于東宋泵站下游，為丘陵深挖方段，在泵站停機(jī)，渠道停止輸水后，渠道渠底發(fā)生了襯砌板鼓脹破壞現(xiàn)象。

原因分析。泵站停水，渠水位急劇下降，渠水位與地下水位差加大，渠底和渠內(nèi)坡壩腳沒有設(shè)置內(nèi)排水設(shè)施，導(dǎo)致襯砌板鼓脹或滑落。

2.2.2部分半挖半填渠段襯砌板鼓脹

問題。部分渠段在強(qiáng)降雨后，發(fā)生襯砌板鼓脹、滑落。如萊州沙河上游渠段、珍珠河至海鄭河渠段、龍口絳水河段渠底襯砌板產(chǎn)生鼓脹變形破壞。

原因分析。一是降水強(qiáng)度、降水量大，渠坡土抗剪強(qiáng)度降低，襯砌結(jié)構(gòu)容易滑動(dòng)。二是渠外排水溝排水不暢，渠外坡大量積水，造成渠道內(nèi)外水頭差增大。三是渠段筑堤土料多為滲透性強(qiáng)的砂類土或風(fēng)化巖段，壩體對襯砌結(jié)構(gòu)的水滲透壓力大。四是渠內(nèi)坡沒有設(shè)置內(nèi)排水減壓設(shè)施，揚(yáng)壓力增加，造成局部渠段襯砌板鼓脹。

2.2.3襯砌板凍融剝蝕

問題。冬季，部分渠段襯砌板在水位變幅帶附近有較嚴(yán)重的混凝土剝蝕破壞現(xiàn)象。

原因分析。部分混凝土板防凍性能達(dá)不到要求，在經(jīng)過多個(gè)凍融循環(huán)和應(yīng)力的反復(fù)作用下，導(dǎo)致混凝土板破壞。

3渠道混凝土板襯砌破壞問題的解決對策

混凝土襯砌的破壞，有設(shè)計(jì)、施工的原因，也有管理運(yùn)行方面的原因，解決渠道襯砌破壞問題要在優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，強(qiáng)化施工質(zhì)量，加強(qiáng)工程管護(hù)三方面下功夫。

3.1優(yōu)化襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1重視氣象、水文、工程地質(zhì)勘察等前期工作

渠道襯砌形式要綜合考慮渠道工程地質(zhì)條件及地下水位與渠底關(guān)系，渠道挖填情況等因素。對渠道排水減壓設(shè)計(jì)選用的地下水位，應(yīng)廣泛搜集渠道沿線地下水長系列動(dòng)態(tài)觀測資料，綜合考慮降雨、氣溫等因素確定。

3.1.2丘陵基巖區(qū)高填方段渠道慎用預(yù)制混凝土板襯砌

預(yù)制混凝土板板小縫多，板間水泥勾縫易開裂脫落，丘陵基巖區(qū)高填方筑壩土料防滲性能差，一旦出現(xiàn)滲水，對工程安全影響較大。龍口隋家莊子和八里沙河渡槽附近，筑堤材料為花崗巖風(fēng)化料，滲透性極強(qiáng)，采用預(yù)制混凝土板襯砌，出現(xiàn)較嚴(yán)重滲水問題。因此對丘陵基巖區(qū)高填方段建議采用現(xiàn)澆混凝土板+土工膜+保溫板型式，現(xiàn)澆混凝土板面積較大，板間縫相對較少，防滲效果相對較好。

3.1.3增加丘陵基巖深挖方段渠道襯砌排水減壓系統(tǒng)

丘陵基巖深挖方段渠道襯砌結(jié)構(gòu)大部分未設(shè)置內(nèi)排水減壓設(shè)施，如渠床基巖為強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖的龍口隋家莊子西段，該段渠底鼓板嚴(yán)重。工程整改時(shí)在基巖坡面和渠底采用無砂混凝土或砂礫石作為找平層和墊層，并在渠底和坡角增設(shè)了暗管排水減壓系統(tǒng)，效果明顯。

3.1.4綜合考慮壩體透水性強(qiáng)、地下水位較低的挖方或半挖半填渠道內(nèi)外排水

萊州西河崖段、大沙嶺段為半挖半填渠道，壩體以砂類土為主，透水性強(qiáng)；正常年份地下水位均在渠底以下。但遇強(qiáng)降雨時(shí)，右側(cè)排水溝排水不及，溝內(nèi)洪水位大幅度抬高，導(dǎo)致堤內(nèi)地下水位升高，造成襯砌板頂托破壞。類似地段應(yīng)將渠外排水溝漿砌，并保持排水通暢，渠內(nèi)壩腳設(shè)置暗管排水減壓設(shè)施。

3.2嚴(yán)格控制施工質(zhì)量

3.2.1嚴(yán)格控制預(yù)制板制作質(zhì)量

混凝土預(yù)制板在水位變幅帶出現(xiàn)凍融剝蝕問題比較普遍，主要與施工質(zhì)量控制有關(guān)。減少凍融破壞的措施：一是嚴(yán)格控制原材料包括粗細(xì)骨料、水泥和水的質(zhì)量；二是嚴(yán)格水灰比的控制；三是嚴(yán)格按配合比進(jìn)行外加劑的摻加；四是保證混凝土的震搗質(zhì)量；五是加強(qiáng)混凝土板的場內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

3.2.2嚴(yán)格控制明渠襯砌施工質(zhì)量

渠道削坡平整密實(shí)。削坡是渠道襯砌前關(guān)鍵的一道工序，削坡過程中注意隨時(shí)檢查校正，防止超挖傷坡，嚴(yán)格控制坡面的平整度，保證削坡坡面土體的密實(shí)度，對穿渠建筑物如倒虹、橋梁樁基周圍的回填土，嚴(yán)格控制壓實(shí)度或相對密實(shí)，以防不均勻沉降引起襯砌板塌陷。

土工膜焊接牢靠。襯砌板下土工膜的鋪設(shè)、焊接、保護(hù)是施工過程中的重點(diǎn)工序，土工膜鋪設(shè)搭接長度不得小于15cm；施工焊縫搭接面不得有污垢、砂土、積水等雜質(zhì)，焊接完成后檢查有無虛焊漏焊現(xiàn)象；加強(qiáng)對土工膜的保護(hù)，作業(yè)人員應(yīng)穿膠鞋或軟底鞋施工，嚴(yán)禁踩踏，對檢查出的小破損，及時(shí)焊接，保證土工膜質(zhì)量合格。

渠道內(nèi)坡壩腳盲管排水通暢。排水盲溝開挖，溝深、溝寬要滿足設(shè)計(jì)要求。排水盲溝溝槽底部鋪設(shè)5cm中粗砂墊層，盲溝之間對接整齊，兩管不得錯(cuò)開，盲溝外包反濾土工布，鐵絲綁扎牢固；用中粗砂將盲溝埋入并搗實(shí)，管頂由原狀土回填夯實(shí)，平整坡面。逆止式排水器安裝位置要求排水孔中心與集水暗管中心垂直，安裝牢固，排水通暢。

砂漿勾縫飽滿密實(shí)。砂漿勾縫是渠道襯砌的關(guān)鍵工序。應(yīng)采用試驗(yàn)配合比確定的干硬性砂漿；勾縫前清理縫內(nèi)砂灰等雜物，并灑水濕潤；勾縫采用專用工具，確保勾縫砂漿密實(shí)、平整、光滑；勾縫后，及時(shí)用毛氈或草簾進(jìn)行覆蓋，并做好灑水養(yǎng)護(hù)。

3.3加強(qiáng)工程管理與維護(hù)

3.3.1保持排水設(shè)施暢通，加強(qiáng)工程維修養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)工程隱患排查和消除，及時(shí)疏通排水溝、排水建筑物、內(nèi)排水設(shè)施并保證暢通，巡查沿線泄水閘閘門并保持靈活啟閉等。在渠道運(yùn)行或強(qiáng)降水期間，進(jìn)行工程巡查監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

3.3.2加強(qiáng)汛期閘門調(diào)度

汛期不輸水時(shí)渠道應(yīng)處在關(guān)閉狀態(tài)，攔蓄雨水增加渠道水位，盡量減小渠水位和堤內(nèi)地下水位水頭差，以削減地下水上升造成的揚(yáng)壓力增大，破壞襯砌結(jié)構(gòu)；加強(qiáng)巡查、觀測，當(dāng)?shù)叵滤桓哂谇?nèi)水位15cm時(shí)，及時(shí)下落下游節(jié)制閘，以雍高渠道內(nèi)水位。

3.3.3做好渠道運(yùn)行控制

工程通水時(shí)，做好渠道運(yùn)行控制，流量變化力求循序漸進(jìn)，水位避免大起大落。尤其在泵站停水后，控制渠內(nèi)水位下降速率，防止鼓板、滑板情況的發(fā)生。

4結(jié)語

長距離調(diào)水工程，明渠渠道是工程的主要載體，通過對膠東調(diào)水明渠工程多年運(yùn)行以來暴露的問題分析，設(shè)計(jì)充分、施工可行、運(yùn)行可靠的襯砌型式是工程安全運(yùn)行的前提，要從設(shè)計(jì)、施工、管理三方入手，增加工程耐久性。一要進(jìn)一步優(yōu)化襯砌設(shè)計(jì)。根據(jù)不同水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，不同運(yùn)行工況，進(jìn)一步對防滲漏、防凍脹、防揚(yáng)壓襯砌方案進(jìn)行優(yōu)化。二要總結(jié)分析襯砌破壞原因，加強(qiáng)施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，保證工程質(zhì)量。三要加強(qiáng)工程管理，加強(qiáng)日常工程維修養(yǎng)護(hù)和汛期及通水期間的渠道運(yùn)行控制，保證工程長期安全運(yùn)行。