董興利
(濱州市小清河管理局,山東濱州256600)
濱州市道旭引黃灌區(qū)渠道襯砌淺析
董興利
(濱州市小清河管理局,山東濱州256600)
道旭引黃灌區(qū)是濱州市中型引黃灌區(qū),輸水干渠總長(zhǎng)33.3 km。渠道襯砌作為一種廣泛應(yīng)用的渠道防護(hù)技術(shù),在灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造中作用顯著。本文對(duì)道旭引黃灌區(qū)襯砌渠道存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié),并分析了其成因,從設(shè)計(jì)、施工及管理等方面對(duì)灌區(qū)渠道襯砌工程提出了對(duì)策。
道旭灌區(qū);渠道襯砌;凍脹
道旭引黃灌區(qū)是濱州市屬中型灌區(qū),位于山東省濱州市,黃河右岸,是國(guó)家新增千億噸糧食產(chǎn)能區(qū)規(guī)劃的重要區(qū)域。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展,灌區(qū)內(nèi)工農(nóng)業(yè)需水不斷增加,原土渠引水歷時(shí)長(zhǎng)、流速小、渠道淤積量大、灌區(qū)運(yùn)行成本高等因素,造成供給矛盾。道旭引黃灌溉管理局于2005年?duì)幦?guó)家項(xiàng)目,灌區(qū)節(jié)水配套項(xiàng)目于2007年實(shí)施,2009年竣工,襯砌長(zhǎng)度8.8 km,襯砌率為26.43%。骨干渠道工程現(xiàn)狀詳見(jiàn)表1。
表1 骨干渠道工程現(xiàn)狀調(diào)查表
灌區(qū)渠道襯砌的主要結(jié)構(gòu)形式:渠道邊坡采用混凝土預(yù)制板襯砌,厚度為6~8 cm,板下鋪聚乙烯復(fù)合土工膜,基礎(chǔ)為混凝土齒墻,渠道兩側(cè)頂部采用混凝土封頂。
通過(guò)多年的觀測(cè)和檢查,發(fā)現(xiàn)襯砌渠道仍存在一些問(wèn)題,影響和制約著灌區(qū)工程效益的充分發(fā)揮。
2.1凍脹(融)破壞
凍脹(融)破壞主要表現(xiàn)形式有:1)襯砌混凝土板表皮脫落、破碎、強(qiáng)度下降,以渠道底部和坡面水位變動(dòng)區(qū)最為常見(jiàn);2)襯砌混凝土板起鼓架空、錯(cuò)位,坡面出現(xiàn)裂縫,結(jié)構(gòu)縫或伸縮縫脫落等,這種破壞多發(fā)生在渠道邊坡腰部位置。3)混凝土基礎(chǔ)齒墻、封頂板表皮脫落,強(qiáng)度降低。一般情況下,渠道陰坡凍脹(融)破壞程度要比陽(yáng)坡嚴(yán)重。
發(fā)生凍脹(融)破壞主要取決于氣溫、土質(zhì)和水3個(gè)因素。破壞原因主要有:1)本段渠道基礎(chǔ)土質(zhì)多為砂壤土、壤土及裂隙發(fā)育的黏土,各含水層間水力聯(lián)系較為密切,地下水位埋深0~4.4 m,具有中等透水性,使得土層含水量偏高,形成持水層,而受地理位置影響,此深度正處于襯砌基礎(chǔ)埋深,灌區(qū)屬亞熱帶氣候,冬季冰凍線即在此范圍,極易受凍。從襯砌板發(fā)生裂縫的部位分析,大部分裂縫發(fā)生板下鋪設(shè)砂石墊層的渠段,且主要集中在陰坡,板下鋪設(shè)保溫板的渠段僅出現(xiàn)少量裂縫。灌區(qū)襯砌自2007年秋季開(kāi)始實(shí)施,該年度雨量豐沛,使得土料含水率較高,加之該年冬季嚴(yán)寒,基礎(chǔ)層由于受凍產(chǎn)生不規(guī)則變形,導(dǎo)致干渠混凝土襯砌面板被拉裂。2)“凍結(jié)-融化”循環(huán)和應(yīng)力的反復(fù)作用。灌區(qū)所處地理位置為暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,冬季年最冷平均氣溫為-8℃左右,年絕對(duì)最低氣溫可達(dá)-15℃,且負(fù)溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。灌區(qū)渠道冬季一般有1次冬灌輸水過(guò)程,冬灌停水時(shí)土體含水量高,這些水分在負(fù)溫下凍結(jié)成冰,導(dǎo)致土體凍脹破壞土體原結(jié)構(gòu)。3)對(duì)凍脹和凍害的防護(hù)不夠。襯砌工程是一種線性工程,距離長(zhǎng)。黃河下游地區(qū)施工時(shí)間一般在秋后灌區(qū)停水期,施工中不會(huì)像水工建筑物工程那樣局部采取比較完善的冬季施工保證措施,混凝土的抗凍性能相對(duì)較差。
2.2渠道局部淤積
在渠道襯砌前,淤積比較嚴(yán)重,幾乎年年需要清淤。襯砌工程實(shí)施以后,渠道的淤積現(xiàn)象明顯減輕,基本能保持沖淤平衡。但也有個(gè)別襯砌渠段淤積比較嚴(yán)重,例如:總干渠5+200~6+400襯砌段淤積比較明顯,并且落淤呈沙丘狀布置,彎道處局部淤積甚至到了整個(gè)渠道斷面面積的1/3,渠道輸水時(shí)阻水明顯。引起淤積的原因主要有兩個(gè):一是引水流量小,流速小于不淤流速,逐步造成淤積;二是渠段彎道多,受離心力的影響,水流平均流速內(nèi)彎小,外彎大,故在渠道轉(zhuǎn)彎處,內(nèi)彎易發(fā)生淤積現(xiàn)象。
2.3地下水側(cè)滲破壞
地下水側(cè)滲破壞多發(fā)生在灌區(qū)下游挖方渠道,破壞點(diǎn)多見(jiàn)于渠坡中部偏下位置。下游渠道雖然考慮了渠坡滲流因素,并在渠坡上從坡底腳起往上一定范圍內(nèi)設(shè)置了排水反濾,但渠道混凝土板變形隆起和坍塌現(xiàn)象仍有發(fā)生,且在雨季最為常見(jiàn)。究其原因,主要是渠道在降雨后,兩岸土壤飽和,地下水位急劇上升,此時(shí),渠道往往處于停水狀態(tài),渠坡側(cè)水壓力加大,渠坡內(nèi)地下水在水位差的作用下向渠坡滲流,土壤內(nèi)摩擦角減小,引起渠道混凝土板與土壤的附著力相應(yīng)減小,隨著地下水位的升高及滲流壓力的增大,混凝土板在持續(xù)的滲透壓力作用下發(fā)生嚴(yán)重變形隆起,導(dǎo)致整個(gè)渠道襯砌板大面積坍塌和渠坡土壤嚴(yán)重流失。
3.1合理規(guī)劃設(shè)計(jì)
襯砌渠道縱、橫斷面設(shè)計(jì)應(yīng)力求合理。下一步干渠襯砌及支渠襯砌應(yīng)合理規(guī)劃,與現(xiàn)狀襯砌渠道平順銜接,設(shè)計(jì)流速宜處于不沖不淤流速中值。灌區(qū)渠道多是寬淺式,不能一味追求最佳水力斷面,要在實(shí)際基礎(chǔ)之上合理選擇橫斷面,避免深挖多填,排除因施工困難造成的不利因素。合理確定襯砌型式,齒墻尺寸,排水孔、反濾層位置,襯砌板厚度、混凝土抗凍、抗?jié)B等級(jí)均應(yīng)反復(fù)驗(yàn)算,結(jié)合工程實(shí)例不斷改進(jìn),以求達(dá)到最優(yōu)效果。
3.2提高施工質(zhì)量
加強(qiáng)對(duì)土方及襯砌工程施工管理,提高襯砌施工質(zhì)量。對(duì)邊坡回填土施工,嚴(yán)格控制坡面基土壓實(shí)度,增大土體密度,對(duì)土體內(nèi)摻雜的有機(jī)物、碎料等雜質(zhì)及時(shí)剔除,達(dá)到邊坡回填均勻密實(shí);進(jìn)一步減少土體的滲透性,形成一層防滲層,減少邊坡的水分入滲;嚴(yán)格控制襯砌板板縫填塞質(zhì)量,從勾縫材料、施工工藝兩方面控制,切實(shí)做到板縫密實(shí)、牢固,工程質(zhì)量?jī)?nèi)實(shí)外光。
3.3加強(qiáng)工程及調(diào)水管理
要破除水利工程建設(shè)長(zhǎng)期以來(lái)的“重建輕管”思想,加強(qiáng)襯砌渠道工程的日常管護(hù),做好運(yùn)行狀況的檢查,使襯砌渠道始終處于良好狀態(tài)。對(duì)襯砌渠道出現(xiàn)的小問(wèn)題要及時(shí)維修或排除,防止“小問(wèn)題”變“大問(wèn)題”,防微杜漸。
在灌區(qū)冬灌期,優(yōu)化引水方案,合理調(diào)節(jié)冬灌時(shí)間,加強(qiáng)引水的科學(xué)調(diào)度。一是結(jié)合天氣預(yù)報(bào)確定引水期和停水期,使冰凍期渠道處于無(wú)水狀態(tài),切斷凍脹形成的內(nèi)因。二是在凍結(jié)期以前引黃,使干渠堤防及基礎(chǔ)層土體含水量在結(jié)冰前保持非飽和狀態(tài),或者在凍結(jié)期連續(xù)輸水灌溉,使渠道土體始終處于高水位狀態(tài)下,防止或減小渠道土體凍脹。
渠道襯砌作為一種廣泛應(yīng)用的渠道防護(hù)技術(shù),對(duì)抗?jié)B、防沖、護(hù)坡、輸水具有顯著作用。但在道旭灌區(qū)局部渠段也存在一些不足,如凍脹破壞、渠道局部淤積、地下水側(cè)滲破壞等,通過(guò)采用合理的襯砌形式、提高施工質(zhì)量、科學(xué)管理調(diào)度一系列設(shè)計(jì)、施工、管理等措施后,可解決或減輕上述存在的問(wèn)題,以確保渠道襯砌工程質(zhì)量。
(責(zé)任編輯遲明春)
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1009-6159(2016)-09-0007-02
2016-01-13
董興利(1976—),男,工程師