強降雨天氣對渠道襯砌結構的影響及對策

孫 翀，李 琨，莊志鳳

（山東省調水工程運行維護中心，山東 濟南250000）

引黃濟青東營段渠道襯砌工程全長11.607km，于1989年建成通水，運行20多年后，渠道襯砌勾縫砂漿脫落，輸水糙率加大，渠道過流能力明顯降低，已不能滿足安全運行和設計輸水規模要求。為徹底解決工程設施老化、輸水效率低、供水能力不足等問題，自2014年起對引黃濟青工程實施改擴建工程，渠道工程主要是增加全斷面防滲和保溫措施，更換新的預制襯砌板。

1 強降雨影響

引黃濟青東營段工程改造完成后，連續兩年遭遇臺風、強降雨。2018年8月，受臺風“溫比亞”影響，山東多地出現大暴雨、局部特大暴雨，山東省平均降水量132.4 mm，創下1951年以來過程降雨量歷史最高紀錄。引黃濟青工程沿線地區東營平均降水超過200 mm，暴雨降水持續時間長，波及范圍大，局地強度大；同時，由于“溫比亞”影響區域與此前的臺風“摩羯”有較大程度重合，“溫比亞”影響前土壤含水量已形成飽和，降水不能下滲，加重了工程沿線地區洪澇災害。2019年8月，受超強臺風“利奇馬”影響，山東多地降強暴雨，全省平均降水量158 mm，16市117個縣（市、區）不同程度受災，多地降雨量破歷史極值，其中廣饒降雨量達343 mm。強降雨造成嚴重的洪澇災害，工程沿線普遍發生坍塌、滑坡、鼓脹破壞。據統計，東營段渠道襯砌板破壞總長度為8 383.86 m，其中左岸4 051.98 m，右岸4331.88 m；損毀面積約6.71萬m2，約占已完成襯砌改造面積的35%、長度的70%。

2 原因分析

一是搜集了渠道襯砌工程有關設計、監理、施工、檢測、運行管理以及當地水文氣象、工程地質等相關資料和數據。二是分別選取未損壞渠段、損壞較輕渠段、損壞嚴重渠段的典型斷面，開展地質勘探工作，確定堤身和堤基的地質情況。三是布設滲壓計設備，對渠道運行周期內部水位變化情況進行監測，并收集相關數據。四是分別選擇隆起、塌陷、滑坡典型破壞形式對應的渠段，采用地質雷達等無損檢測手段進行檢測，分析襯砌損壞影響區域及影響深度；對部分損毀區域進行開挖檢查，確定排水系統和襯砌板后堤身土層情況。五是在現場勘察、室內試驗等工作的基礎上對堤身滲流情況、排水減壓設計、堤身和襯砌結構穩定、渠道防凍脹設計等進行復核，并對排水系統的布置與構造進行綜合計算分析。

2.1 典型斷面地質情況

1）層填筑土。黃褐色，土質不均勻，以黏土為主，夾少量壤土薄層，含少量砂壤土薄層。由人工填筑而成，場區普遍分布；厚度3.70～4.80 m，平均4.11 m；層底標高0.78～1.78 m，平均1.43 m。層底埋深3.70～4.80 m，平均4.11 m。

2）層壤土。黃褐色~灰褐色，土質較均勻，以輕壤土為主，可塑性差，夾粉砂、砂壤土薄層，含少量貝殼碎片，場區普遍分布；厚度1.90～5.20 m，平均3.50 m；層底標高-4.42～-0.58 m，平均-2.07 m；層底埋深6.00～10.00 m，平均7.61 m。

3）層黏土。灰褐色，土質較均勻，夾壤土薄層，軟塑～可塑。該層在勘察深度10.00 m范圍內未穿透。根據滲透試驗分析：1層填筑土為弱透水性土層，2層壤土為中等透水性土層，3層黏土為微透水性土層。根據注水試驗分析得出，渠道填筑土為弱-中等透水性土層。

2.2 典型渠段復核計算

對渠道的復核計算分析需重點針對渠道的滲流穩定。從渠道滲流穩定角度來看，維持渠道襯砌抗浮穩定的力主要有渠道內水的壓力和襯砌板自身的重力。在集中降雨入滲時，渠堤內部地下水位顯著升高，渠道襯砌層下的水壓力增大。當渠堤內部地下水不能有效排出且渠堤內部水壓力明顯高于渠內水壓力時，在地下水的浮托作用下，將可能使得渠道襯砌板向上浮動，進而引發渠道襯砌損壞。

綜合“溫比亞”臺風和“利奇馬”臺風的降雨情況、降雨過程監測到的堤身內部地下水位變化情況，以及引黃濟青一期和二期改擴建工程渠道襯砌損壞情況，并結合現場檢測和現場檢查的結果分析得出：連續強降雨造成地下水位顯著升高，且堤身內部地下水位顯著高于渠內水位是渠道襯砌損壞的主要原因。

3 解決對策

當地下水水位高于渠底或渠外水位高于渠內水位時，剛性渠道襯砌層將可能因底面水壓力過大而產生浮動破壞。為了保證渠道的正常運行，須采用工程措施排水，釋放襯砌板下的水壓力。當渠道周圍有較低洼的地勢，可以通過排水系統直接把地下水引向低洼地勢處；當周圍地勢不滿足外排條件時，可以通過排水系統直接把水排入渠道內。為增加渠道襯砌層的抗浮穩定性，工程措施可以分為“抗”與“放”兩類：“抗”是指采用工程措施抵抗結構物之下的水壓力，包括配重抗浮、錨固抗浮等；“放”是指排水減壓。考慮到渠道已經設置排水系統，因此需對“放”進行優化。

4 具體方案

4.1 隆起與滑坡渠段修復

拆除發生位移的齒墻壓頂板，拆除發生隆起、滑坡面的預制板，拆除高度沿坡面4.3 m（10行預制板）。用腳手架撐起邊坡上部未破壞的預制板，防止發生位移。拆除土工膜和保溫板，清理表層土10 cm，整平坡面。渠道齒墻以上高度沿坡面4.3 m分別鋪設10 cm中粗砂、土工布、聚苯乙烯保溫板厚（陰坡厚3 cm，陽坡厚2 cm、帶孔透水）、預制混凝土板（6 cm厚預制帶孔混凝土板與舊預制板梅花型交叉鋪設）。上部破壞的邊坡采用原設計方案恢復，即利用完整的舊預制板重新砌筑。

4.2 全面滑坡與塌陷渠段修復

拆除清理發生滑坡和塌陷渠段的預制板、土工膜、保溫板、清理表層土10 cm，運至渠道外，人工回填土方、整平坡面（坡比與原設計相同）后夯實。渠道齒墻以上高度沿坡面4.3 m分別鋪設10 cm中粗砂、土工布、聚苯乙烯保溫板（陰坡厚3 cm、陽坡厚2 cm、帶孔透水）、預制混凝土板（6 cm厚預制帶孔混凝土板與舊預制板梅花型交叉鋪設）。上部破壞的邊坡采用原設計方案恢復，即利用完整的舊預制板重新砌筑。

4.3 底板隆起修復

拆除清理預制板，查驗舊土工膜完整性。若損壞，清理土工膜，整理渠底后，重新利用舊預制板按照原設計砌筑；若未損壞，且性能參數滿足要求，僅利用完整的舊預制板重新砌筑。

5 結語

引黃濟青改擴建東營段因強降雨導致的水毀工程依據科學的技術分析，制定合理的修復方案，實施完成后并經歷了一個運行周期的檢驗、檢測和跟蹤，襯砌結構穩定，運行工況良好，為同類工程問題處理提供了借鑒。