滨州市引黄灌区工程安全运行影响因素探析

由国栋，赵江涛，姜 鹏

（滨州市小开河引黄灌溉管理局，山东 滨州 256600)

滨州市位于黄河下游的鲁北平原，濒临渤海，总面积 9446 km2，现有耕地面积 39.13万 hm2，目前，全市现有大中型引黄灌区13处，其中大型灌区6处，中型灌区7处，有效灌溉面积30万hm2，年均实灌面积34.7万hm2。引黄灌区的发展对提高农业综合生产能力，协调经济与生态、人与自然的关系，缓解人口、资源、环境的压力和水资源供需矛盾，对实现滨州经济社会生态可持续发展起着重要保障作用。

1 引黄灌区干渠破坏的主要表现形式

滨州市引黄灌区经过多年的改造，干渠逐步实现混凝土预制板衬砌，减少水资源的渗漏损失、节约了水资源，提高干渠的通水能力和坝体的抗冲刷能力，增强大坝的安全性和稳定性。但目前引黄灌区干渠破坏现象也比较严重，主要表现在：一是衬砌板破坏，地下渠边坡下起第二、三行预制板局部坍塌、地上渠边坡下第二、三行预制板翘起、空鼓，衬砌板空鼓、凹陷等；二是坝体破坏，坝体冲坑、冲沟、空洞，坝体与建筑物结合部渗漏，坝顶冲坑等现象。对地上渠道的灌区的衬砌板破坏将严重影响大坝的工程安全，干渠工程破坏是多种因素造成的，在灌区运行管理中应对各种因素进行多方面分析，采取综合措施进行处理。

2 影响引黄灌区工程安全的主要因素分析

2.1 地下水压力突变造成安全隐患

滨州市属于半干旱半湿润气候，具有明显的季节变化，且具有冬寒少雪，春旱多风，夏热多雨，晚秋又旱的特点。区内水资源时空分布严重不均，多年平均降雨量为598mm。其中6～9月份降水量达456mm，占全年降水量的76.3%，水资源的年内分配具有明显的季节性。滨州市引黄灌区干渠大都以地下渠为主，正常情况下渠底一般在地下水位线下0.5m，在汛期降水量集中，地下水位上升，渠底在地下水位线下1.2m，由于衬砌板的排水性能不佳，所受的地下水压力增大，加之坝体土壤以轻壤土和中壤土为主，具有固结力弱、保水能力差，遇水宜流失，致使衬砌板不仅要承受地下水压力，还要承受土壤产生水平压力，极易造成衬砌板坍塌和坝基冲坑，影响干渠工程安全。

2.2 渠道冻胀破坏带来安全隐患

滨州市的冰冻期一般为12月初至2月底前后，全区冻土厚度多年平均在0.37m～0.42m，渠道通过地下水位区时，渠底及坡下部水分迁移强烈，冻胀明显。渠道衬砌冻胀的主要表现：（1）冻胀不均匀。（2）冻胀作用使对现浇板产生翘起；预制板产生错位、对折。（3）冻胀破坏逐年加剧：渠道经过冻结和融化之后，衬砌板产生裂缝，板缝开始错位，基土空隙率增大，透水性增强，再冻结时水分易流向冻结层，增加了水分迁移和冻胀作用。在灌溉期，灌区干渠中的泥沙随水流沿缝隙进入板下，逐年加剧了冻胀影响，导致衬砌渠道冻胀破坏逐年加剧。

2.3 冬季破冰放水对渠道影响

冬季干渠结冰时冰盖对水面以上附近的衬砌板产生拉推力，破冰放水行冰时冰块又对衬砌板产生撞击力，加剧了衬砌板的错位、翘起和变形，加剧了衬砌板的破坏。冬季破冰放水干渠渠道中极易产生壅冰现象，甚至产生冰坝，形成小流量高水位运行，尤其是夜间温度低，危险性更大，干渠冰坝造成水流从板缝进入衬砌板在板下流动，带走衬砌板下基土，危害渠道安全。

2.4 衬砌板工程施工因素

目前渠道预制衬砌板一般为长58cm,宽38cm,高6cm，预制板重量较轻，衬砌板嵌缝质量差、砂浆强度不够、或者嵌缝时基面未清理干净等因素导致砂浆与预制板之间的粘结力不足，导致衬砌板整体性差，在汛期，地下水压力增大时易破坏。尽管有些灌区采取填沙置换板下土层、衬砌板上预留孔等措施以降低冻胀量和地下水压力，但由于填砂质量不过关、预留孔被堵而未能充分发挥其作用，衬砌板在地下水压力增加时容易破坏。

2.5 干渠大坝坝体的因素

大坝坝体与建筑物的结合部位，回填土密实度不够，局部产生不均匀沉降，引起坝坡破坏甚至渗漏；坝顶土不密实、存在空洞；坝顶种植树木的地方，树木四周形成集水坑；本地区为黄河泛平原，土质以粉土为主，遇水宜流失；雨季容易在大坝坝体中产生水土流失、空洞、冲沟、冲坑等现象，在受大降水量影响时，土体中含水率和空隙水压力增加，有效应力降低，土体抗剪强度降低，减弱坝体的稳定性。

3 引黄灌区干渠工程安全应采取的措施和建议

3.1 改进衬砌板结构

衬砌板受地下水压力作用而破坏，一是衬砌板轻，不足以抵抗地下水的压力；二是衬砌板表面的预留空未起到防地下水扬压力作用。可采取在干渠边坡下起第三行板采用加厚预制衬砌板，提高对地下水压力的抵抗；衬砌板嵌缝时严格按照规定砂浆标号和配合比生产，预制板基面清理干净，增强预制板的整体性减少预制板的破坏；对衬砌板预留排水孔，汛期前进行清理，确保其排水功能。

3.2 衬砌板下置换粗沙反滤层

砂置换层厚一般30cm，不仅起到降低地下水压力的作用，还起到预防冻胀破坏的作用，根据近几年的实践，在衬砌板下应用纤维沙袋，由于纤维沙袋本身具有一定的保温作用，沙袋内装有粗沙，排水能力较强，纤维沙袋的整体性强，利于抵抗地下水的扬压力。在填沙时要专人现场负责，保证沙的质量和厚度、密实度，严禁混入杂土。

3.3 灌区应合理安排引水调度，尽量避免冬季破冰放水

灌区应合理安排引水调度，严格按照渠道运行管理的设计要求，制定科学的冬季运行期限、冬季停灌和春季开灌日期。如急需冬季破冰放水，科学合理调配引黄流量，保证水在冰盖下流动；避免引水流量不当导致冰面层层加厚的现象，避免大水破冰产生冰坝，避免大冰块随水流撞击衬砌板的现象。

3.4 强化干渠大坝坝体管理

加强大坝坝体的检查，尤其是要经常徒步检查，定期普查，发现坝体渗漏问题要仔细检查，必要时立即停水维修；灌溉期停水和雨后都要检查，对坝体与建筑物结合部要进行钎探，发现问题及时处理；对坝顶低洼和空洞部位要及时采用粘土回填并夯实；坝顶树木四周要用土培厚培高，避免雨后产生空洞；对坝身薄弱部位要进行定期培土加厚并夯实，提高坝体的抗渗性和稳定性。

3.5 加强工程质量的控制

无论新建工程还是维修工程，要贯彻质量控制的事先、事中、事后的三控制原则。每道工序要采取施工班组自检、施工队复检、监理终检的三检制。对回填坝体土质成分、含水率、密实度等进行现场观测、仪器取样测试；对进入工地的沙、石、水泥、钢材等主要原材料，必须持有原产地化验单，对原材料要进行抽样试验、凡不合格的产品、半成品、原材料限期运出工地。对重点部位，要采取现场全程旁站监督，发现质量问题立即处理，确保工程施工质量安全。

3.6 建立干渠安全评价体系

引黄灌区干渠一般有大坝、引水闸、节制闸、穿涵、渡槽等建筑物有机结合组成的多功能的、复杂的整体。要根据灌区的设计流量、设计水位、坝体土质、行水状态、建筑物的功能等建立灌区的安全运行评价体系。根据灌区坝体渗漏、滑坡、密实度、裂缝，衬砌板的错位、对折、滑落状况，建筑物完好、渗漏情况，建立综合的安全评价体系，将引黄灌区干渠完好程度分为完好、基本完好、损坏轻微、损坏较严重、损坏严重五个等级，建立科学的评价体系，每年定期对干渠进行安全评价，根据情况对干渠进行修复，做到防范于未然。