地下水对引黄衬砌渠道影响分析及对策

王 力，石志琢，崔金山

（1.滨州市小开河引黄灌溉管理局，山东 滨州 256603；2.无棣县芦家河子水库管理所，山东 无棣 251900；3.无棣县水资源管理办公室，山东 无棣 251900）

地下水对引黄衬砌渠道影响分析及对策

王 力1，石志琢2，崔金山3

（1.滨州市小开河引黄灌溉管理局，山东 滨州 256603；2.无棣县芦家河子水库管理所，山东 无棣 251900；3.无棣县水资源管理办公室，山东 无棣 251900）

根据小开河引黄灌区多年运行经验，以渠道沿途地区地下水位动态情况，采取不同衬砌构造型式，能有效防治地下水对衬砌边坡的破坏，提高灌区的运行寿命。

引黄灌区；地下水；渠道衬砌；反滤板

小开河引黄灌区位于山东省滨州市，是国家大型引黄灌区，涉及7县（区），42万人口，设计灌溉面积7.33万hm2，设计引水流量60 m3/s，年设计引水3.93亿m3。灌区干渠全长96.50 km，采取的主要衬砌型式是6.0 cm厚C25混凝土预制板护砌。灌区建成运行几年后，干渠下游衬砌边坡开始出现局部溜坡、坍塌的状况，特别是夏季雨水量大、集中的区域，边坡损毁严重，其中90%的坍塌位于衬砌边坡下部1.5 m高度范围内。每次供水过后，需要抓紧时间对损坏部位进行抢修。

1 衬砌边坡破坏原因分析

针对衬砌板坍塌问题，灌区组织工程专家实地进行调查，除去工程自身施工质量的因素，得出结论：造成渠道衬砌边坡损坏的主要原因是地下水的侧向挤压作用。边坡坍塌区域开始于干渠中下游，高程进入半地下渠道地段。此处正常情况下渠底高程与地下水位线高差为-0.5 m，略低于地下水位，坝体底层土壤受地下水长期浸泡。雨季降水集中，地下水位急剧上升，渠底与地下水位线高差由-0.5 m升至-1.0～-1.3 m，由于渠道内边坡混凝土衬砌板底部铺设不透水复合土工膜，地下水无法及时疏出坝体，加之非灌溉期，渠道内无蓄水，内外压力不平衡，在高地下水位对渠道内边坡浸泡和巨大侧压力作用下，以粉质砂壤土为主的坝体下部填筑土层向坝体内侧边坡发生侧向流变变形，造成衬砌边坡损坏。地下水对渠道衬砌的影响，灌区上游基本为零，自灌区中游开始，逐渐产生并随着渠底高程降低而增强，对衬砌工程的破坏程度也逐渐增大，至灌区下游全地下渠道段破坏力最大。

2 防治措施

2.1 截渗沟的有效利用

渠坡坍塌的部位，大多发生于截渗沟功能丧失或外侧无截渗沟地段。对此，小开河灌区对现有截渗沟进行了整理疏浚，末端引入区域径流，将沟内积水及时排走，保持通水顺畅，降低过高地下水位对主干渠道内侧压力。效果证明，充分发挥截渗沟降低渠道内外地下水压差的作用，是防止衬砌边坡坍塌的一个有效的措施。

截渗沟只存在于小开河中上游渠段，由于占用耕地面积大，征地成本高，在下游输水渠段，不具备大规模开挖的条件。为了应对地下水对工程的危害，特别是下游输水渠新建衬砌工程，小开河灌区主要采取技术处理措施：将衬砌边坡下部1.3 m内的不透水复合土工膜更换成透水的土工布，并在布下铺设20 cm厚的砂石反滤层，表面用留有填充无砂混凝土滤体透水孔的混凝土板进行衬砌。

2.2 无砂混凝土反滤板的应用

无砂混凝土反滤板，是指在普通尺寸的混凝土预制板生产过程中，板身预留2个直径10 cm左右小孔，仅用0.5～1 cm碎石一种骨料拌合的混凝土进行二次填充。小孔中所填充的混凝土，骨料仅使用碎石而无砂，且不振捣密实，孔隙率较大，透水性良好。

在小开河灌区中下游，为了降低坝体内外水压力差，在渠坡下部1.3 m范围内，在普通混凝土衬砌板中，呈梅花状布置3层无砂反滤板，板下铺设300 g/m2土工布，布下设20 cm砂石反滤层。这种衬砌方式，在坝体底部产生一个透水带，既可以将地下水排泄出来，减小其对坝体的侧压力；砂石反滤层又可防止坝体土壤随透水产生流土，危害坝体安全。渠坡下部1.3 m范围内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侧压力。

2.3 砌石混凝土预制板混合衬砌形式

随着衬砌工程向灌区下游进一步延伸，地下水位逐渐增高，采用无砂混凝土反滤板的缺点逐渐显现出来。主要表现为混凝土板自重轻，抵抗地下水和土壤侧压力能力不足。小开河灌区经过多次试验，发现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，具体方案是：护砌段上部采用C25混凝土预制板，下部采用250 mm厚的M10浆砌石，护砌高度1.30 m；砌石下铺设厚度为10.0 cm，级配为2.0~5.0 cm石子，预制板和碎石下铺设土工布（300 g/m2）；在距渠底0.4 m处向上布置2排φ50塑料排水管，纵、横向间距1.0 m，用来排减地下水。

用砌石代替混凝土板的好处是砌石自重大，稳定性好，抗侧压能力强。但也有一些弊端：首先是砌石选用的材料主要是普通块石，表面粗糙，糙率大，影响水流速度，降低过水流量；其次对施工质量要求程度高，特别需要加强管理，消除质量通病，杜绝安全隐患。

2.4 水工连锁砖的应用

在防治渠坡破坏的各种技术措施中，小开河灌区也试验性地应用了水工连锁砖。近年来连锁砖逐渐应用到渠道边坡衬砌工程中：其特点是首先相邻的砌体可以互相锁紧，连环相扣，形成一个稳固的整体；其次在施工过程中，区别于传统砌体，不使用水泥砂浆等黏结材料，直接摆正锁紧即可。应用结果表明，使用连锁砖取代浆砌石，首先可以解决砌石人工短缺的问题；其次可以降低主要材料成本：连锁砖扣紧后，结构非常稳固，完全可以抵御地下水的侧压力，而且厚度采用10 cm混凝土板,不使用水泥砂浆等材料，降低了成本，造价远低于浆砌石。

其缺点是：首先提高了基底的齿墙混凝土现浇施工标准。基底齿墙混凝土现浇必须保证是一条直线，平整度要好，这样底部第一层连锁砖铺设合格，第二层砖才能满足铺设条件。环环相扣，第一道工序完成不好，下一步很难继续；其次对施工工艺要求高，工人需花费较长时间对连锁砖进行调整，才能使上下左右相邻的砖完全扣合，人工消耗量大，增加了施工难度。综合比较，水工连锁砖在工程造价、施工难易程度、质量控制上优于浆砌石，可以推广应用。

3 结语

地下水对引黄灌区渠道衬砌破坏力巨大。衬砌后的渠道，在运行初期，坝体土质比较稳定，嵌缝砂浆密实、强度高，衬砌坡不容易破坏。运行若干年后，坝体在地下水的长期浸泡和渗流作用下，固结力弱的粉质壤土、粉质砂壤土等容易发生渗透变形；同时混凝土板之间的固结砂浆受气候和水流的影响变得疏松，强度降低；老化的渠道在地下水和土壤渗透侧压力挤压作用下，产生坍塌破坏。小开河灌区工作人员总结多年运行经验，改进设计方案。首先把地下水排减出坝体，保持衬砌边坡内外压力平衡，采取了整治干渠外侧截渗沟，干渠内侧铺设砂石反滤层，透水的土工布和留有滤水孔的反滤板的方式排水；其次还要根据坝体侧压力的大小，计算出衬砌材料的自重以及支撑衬砌边坡的齿墙能否抵抗侧压力而不发生变形，相应采取混凝土板砌石混合衬砌、全断面砌石衬砌、应用水工连锁砖等技术措施。综上所述，根据灌区流经地域的地下水埋深和土质构造的实际情况，采取合适的衬砌方式并不断加以改进，引入更加科学有效的设计方案和新型材料，确保工程质量，才能有效降低渠道破坏的风险，发挥更好的运行效益。

（责任编辑崔春梅）

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1009-6159（2017）-05-0038-02

2017-01-04

王力（1977—），男，工程师