嚴(yán)后山,韋富瀛
(荊州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,湖北荊州 434020)
灌區(qū)在我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展中扮演著重要角色,近年來灌區(qū)的發(fā)展方向逐漸朝著節(jié)能環(huán)保和綠色智慧轉(zhuǎn)型,使得節(jié)水配套改造項(xiàng)目的數(shù)量不斷增多。在實(shí)際施工環(huán)節(jié),提高節(jié)水配套改造項(xiàng)目的施工可靠性是增強(qiáng)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的基礎(chǔ),而在這一環(huán)節(jié)增強(qiáng)渠堤邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此,深入研究灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目的渠堤邊坡穩(wěn)定問題十分必要。
灌區(qū)屬于半人工的生態(tài)系統(tǒng),是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的重要技術(shù)產(chǎn)物,主要包括水庫、渠道、田地、作物4個(gè)部分。按照行業(yè)規(guī)定,灌區(qū)屬于水利設(shè)施,可按面積大小分為不同等級(jí)。目前,大型灌區(qū)的面積都在20 000 hm2以上,中型灌區(qū)面積為667~20 000 hm2,小型灌區(qū)面積在667 hm2以下。合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)位于公安縣西部,總面積17 160 hm2,包含耕地面積14.78萬畝(約9853.3 hm2)。該灌區(qū)水源主要來自松滋西河和老洈水河。該灌區(qū)在兩條河流的基礎(chǔ)上,建成以“9干+12支+83涵閘+5倒虹吸+78機(jī)耕橋”為主的灌排渠道系統(tǒng)工程,可有效完成平原湖區(qū)農(nóng)田灌溉任務(wù)。合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)涉及17個(gè)行政村、275個(gè)村民小組,2個(gè)居委會(huì),總?cè)丝?.7萬人。灌區(qū)內(nèi)的主要糧食作物是水稻和小麥,經(jīng)濟(jì)作物是油菜,棉花、蔬菜、瓜果等各項(xiàng)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量較高,當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的人均純收入可達(dá)17 800元/年。為響應(yīng)2011年的中央1號(hào)文件號(hào)召,實(shí)現(xiàn)“2020年底基本完成重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造任務(wù)”的目標(biāo),該灌區(qū)的節(jié)水配套改造工作在2019年3月正式全面啟動(dòng)。
合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)的大部分工程在20世紀(jì)60—70年代完工,經(jīng)過多年使用后灌區(qū)內(nèi)普遍存在嚴(yán)重的渠道淤塞和滲漏問題,渠系建筑物大多年久失修(圖1),現(xiàn)有工程的完好率低于50%,嚴(yán)重影響了灌溉能力和效益。目前,合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)骨干工程存在水源取水不足的情況,引水量無法滿足現(xiàn)實(shí)需求;此外,該灌區(qū)還存在渠道嚴(yán)重淤塞、渠系建筑物嚴(yán)重?fù)p毀、田間配套設(shè)施老化且布局混亂、水利死角增多等問題。合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造施工內(nèi)容如表1所示。
圖1 攔淤閘進(jìn)口損毀
表1 合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造施工內(nèi)容
合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目建設(shè)的根本目的是改善灌區(qū)灌溉環(huán)境,完善水利基礎(chǔ)設(shè)施,提升灌溉有效性、節(jié)水性和經(jīng)濟(jì)性。從現(xiàn)實(shí)角度來看,開展節(jié)水配套設(shè)施改造,可以充分滿足灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展需要,能進(jìn)一步提高灌溉質(zhì)量,助力當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民增收,為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供輔助[1]。同時(shí),開展合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目建設(shè),有利于提升國(guó)土資源和水資源的利用率,大幅減少資源浪費(fèi),提高科技生產(chǎn)力,減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。最重要的是,基于合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目,可全面提升灌區(qū)生產(chǎn)科學(xué)性,通過加強(qiáng)新虛擬化建設(shè)提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的整體技術(shù)水平,以便從根本上實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)。
合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目的分項(xiàng)目眾多,不僅完善了區(qū)域內(nèi)部的功能設(shè)施,還建設(shè)了環(huán)保水保工程。項(xiàng)目完成后,該灌區(qū)的灌溉能力將進(jìn)一步增強(qiáng),灌溉水源輻射范圍擴(kuò)大,灌溉面積進(jìn)一步增加。從實(shí)際情況來看,項(xiàng)目完成后,該灌區(qū)可恢復(fù)和改善的灌溉面積分別為0.1萬畝和2.99萬畝;而灌區(qū)的灌溉率也得到了大幅提升,從原有的67.7%提升至87%。隨著渠系建筑物改造完成,水資源利用率也得到了提升,改造后的渠系水利用系數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.65。此外,施工人員還完成了一些電灌站改造,使得灌區(qū)灌溉能力得到大幅增強(qiáng),糧食綜合生產(chǎn)能力以及農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿σ驳靡栽鰪?qiáng)。項(xiàng)目完成后,規(guī)劃區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物類型、種植面積以及復(fù)種指數(shù)也發(fā)生了變化。當(dāng)前,種植比例較高的農(nóng)作物主要包括水稻、油菜、小麥和棉花4種。為實(shí)現(xiàn)有效節(jié)水,本項(xiàng)目還對(duì)灌溉制度進(jìn)行了改良。在改造后,合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)將采用“薄淺濕曬”的形式進(jìn)行作物灌溉,灌區(qū)負(fù)責(zé)人將根據(jù)各類作物的多年平均灌溉定額確定農(nóng)業(yè)需水量,從而有效控制灌溉用水量。
在合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目中,渠堤邊坡的穩(wěn)定性問題事關(guān)重大,一旦出現(xiàn)渠堤邊坡失穩(wěn)必然讓灌溉系統(tǒng)的整體運(yùn)行能力大打折扣,灌溉有效性以及水土保持建設(shè)也將受到打擊[2]。為明確合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目中的渠堤邊坡穩(wěn)定問題,需要對(duì)渠道工程氣象地質(zhì)和邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。
目前,合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目位于平原湖濱地區(qū),區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦河流眾多,平均海拔約為36 m。工程區(qū)內(nèi)部有局部起伏情況,但整體地勢(shì)較為平緩開闊。在氣象水文條件方面,本項(xiàng)目所在地屬亞熱帶季風(fēng)氣候,光熱充足、無霜期長(zhǎng),每年的6月中旬至7月上旬為梅雨季節(jié),光照、降水等參數(shù)如表2所示。
表2 合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目渠道工程氣候參數(shù)
根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果可知,項(xiàng)目所在區(qū)域位于江漢盆地新華夏系第二沉降帶的江陵凹陷,江陵凹陷為開闊復(fù)式向斜,凹陷整體走向?yàn)楸蔽鳎蔽魑鳌D壳?,該區(qū)域的沉降速度較快,強(qiáng)烈沉降區(qū)的沉降速率達(dá)到了2~12 mm/a。從施工場(chǎng)地的抗震調(diào)價(jià)角度來看,當(dāng)?shù)氐卣鹆叶葢?yīng)按Ⅵ度設(shè)防,該區(qū)域土地穩(wěn)定性高,不屬于不良地質(zhì)發(fā)育區(qū),但由于區(qū)域內(nèi)部存在水工建筑不均勻沉降的問題,所以也具有地質(zhì)條件復(fù)雜、差異性大的特質(zhì)。本項(xiàng)目所在地水系發(fā)達(dá),地表水和地下水水量大、分布廣,地下水主要有孔隙潛水、孔隙承壓水兩種。經(jīng)過地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn),堤身、地基底層結(jié)構(gòu)自上而下分別是:素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂夾質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土。
在本項(xiàng)目中,渠道工程以及渠系建筑物年久失修,渠堤邊坡的穩(wěn)定性也受到了一定的影響。事實(shí)上,渠堤土層、堤身、填筑土、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及歷年險(xiǎn)情等多種因素都會(huì)對(duì)渠堤邊坡的穩(wěn)定性造成影響。目前,堤防工程地質(zhì)條件可分為A、B、C、D四大類,分別對(duì)應(yīng)地質(zhì)條件良好、較好、較差和差。在此次項(xiàng)目中,不同渠堤段工程的地質(zhì)條件并不相同,其中左右岸K0+000—K0+350渠底土基本為砂性土,渠道鄰水側(cè)的邊坡有滑坡垮塌情況且內(nèi)部淤積嚴(yán)重;而左右岸K0+350—K5+144及其支渠也存在沉降變形和抗滑問題。整體來看,本項(xiàng)目?jī)?nèi)部的渠堤邊坡穩(wěn)定性較好,并未出現(xiàn)大量塌方和崩岸問題。
為切實(shí)保障合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目中的渠堤邊坡穩(wěn)定性,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需要結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)開展維護(hù)穩(wěn)定設(shè)計(jì)[3]。在此環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)人員應(yīng)該關(guān)注項(xiàng)目?jī)?nèi)部的干渠和支渠治理情況,為有效開展防滲襯砌和維護(hù)穩(wěn)定工程設(shè)計(jì)做好充足準(zhǔn)備。同時(shí),相關(guān)工作人員需要合理開展永久邊坡分析,還應(yīng)該根據(jù)施工區(qū)域巖土特性以及綜合地質(zhì)條件提出科學(xué)建議。
渠道縱坡設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況,從降本增效的角度出發(fā)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。從實(shí)際情況來看,可根據(jù)渠道上的現(xiàn)有過水建筑物確定渠道縱坡設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)控制參數(shù)根據(jù)過水建筑物的進(jìn)出口底板高程確認(rèn)縱坡過水能力,保證水面線銜接的合理性。而且,通過此番設(shè)計(jì),還能夠讓新建縱坡接近原有縱坡,這樣一來將節(jié)省土方開挖環(huán)節(jié)的施工量和工期。在本次設(shè)計(jì)中,根據(jù)實(shí)際情況可按1/5000設(shè)計(jì)渠道縱坡。
渠堤邊坡設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也需要關(guān)注渠道橫斷面設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目對(duì)5.05 km長(zhǎng)的渠道進(jìn)行了清淤和襯砌治理,為了切實(shí)提升輸水速度和灌溉水利用率,還進(jìn)行了部分渠道斷面擴(kuò)挖以及全斷面防滲處理。邊坡設(shè)計(jì)過程中,完成渠道縱坡設(shè)計(jì)后,需基于地質(zhì)條件、渠道過水?dāng)嗝媲闆r以及水利計(jì)算結(jié)果確定橫斷面參數(shù)。通常來說,渠道的橫斷面都以梯形為主,按底層差異選定其邊坡系數(shù)。本次設(shè)計(jì)中,渠堤寬度大于2 m,邊坡基于“6塊8 cm厚C20混凝土砌塊+草皮”護(hù)坡。
在襯砌設(shè)計(jì)方面,設(shè)計(jì)人員需要考慮的重點(diǎn)在于防滲襯砌處理。通常來說,可用于渠堤防滲的襯砌類型包括混凝土和漿砌塊石兩種。在本次施工中,渠道襯砌必須滿足以下要求:①擁有良好的抗沖擊性能;②擁有良好的輸水輔助能力;③擁有良好的結(jié)構(gòu)耐久性和易維護(hù)性;④擁有良好防滲性。為選定本項(xiàng)目的砌塊類型,設(shè)計(jì)人員根據(jù)材料工藝差異以及實(shí)際工作需求開展方案比選[4]。從現(xiàn)實(shí)角度來看,兩種砌塊類型各具有優(yōu)勢(shì),混凝土砌塊的防滲性好、強(qiáng)度大且施工便利,成品耐久性、經(jīng)濟(jì)性都較強(qiáng),但質(zhì)量控制難度大;而漿砌塊石砌塊也同樣擁有良好的防滲性、耐久性和施工便捷性,但這種工藝不僅難以控制施工質(zhì)量,還存在成本高的問題。所以經(jīng)過多方比對(duì),本項(xiàng)目選擇整體采用混凝土襯砌,僅在干渠前50 m的渠段處采用漿砌塊石襯砌。
綜上所述,合順垸重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目的施工質(zhì)量會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、自然生態(tài)發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。在進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造時(shí),保證骨干工程施工質(zhì)量和水渠工程穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。從現(xiàn)實(shí)角度來看,灌區(qū)節(jié)水改造環(huán)節(jié)的渠堤邊坡穩(wěn)定性受多方面因素影響,在進(jìn)行維穩(wěn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合考量,保證渠道縱坡、橫斷面以及襯砌的設(shè)計(jì)合理性。