逆止阀在灌区渠道防渗滑坡治理中的应用

□ 张国明 □朱克斌 □张国庆

（1平顶山市湛河区农林水利局 2平顶山市农田水利技术指导站 3平顶山市水利局）

0 引言

我国的大中型灌区，渠道输水是主要的输水方式。采用渠道衬砌防渗处理是主要的节水改造措施，但对于一些特殊地质环境的渠道，在非灌溉输水期，由于存在渠道内外水压力差，渠堤边坡常会出现变形、裂缝，甚至滑坡。在昭平台灌区北干渠的续建配套与节水改造遇到了此类问题，经过技术人员的技术攻关，自行研制了逆止阀并运用到了问题渠段，有效地解决了此类问题。

1 工程概况

昭平台灌区是河南省的大型灌区之一，设计灌溉面积6.67万hm2，受益范围包括平顶山市的鲁山县、宝丰县、叶县、新华区、湛河区、新城区等3县4区26个乡（镇、办），有南北两条干渠，干渠总长134.70 km。昭平台灌区北干渠渠首，桩号0+000—1+650段渠基是沙河老河床，该渠段向西北穿越沙河，为半挖半填式横断面渠段，自地面下挖深度为2.50m，地面以上填方渠堤高度为1.70m，设计渠底宽度为9m，右岸堤顶宽度2m，左岸堤顶为水库至鲁山县城的公路。渠道左侧1000m左右为昭平台水库大坝，沿渠土壤质地为沙砾石，渠堤为壤土修筑，渠道外边坡为自然土坡，边坡系数1:2.50；内边坡为干砌石护坡，边坡系数1:2；渠底在回填0.50m厚的粘土上砌筑干砌石，渠道纵坡1:5000，设计流量42.44m3/s，设计水深3.18m。灌溉用水期，渠内水位高于渠外水位，渠内水向外渗漏，渠道渗漏严重。灌溉停水期，由于渠道两侧为沙河老河床，地下水位高，渠道外侧地下水向渠内渗透，部分渠段因渗水原因，堤身土壤含水量过大，导致渠堤边坡失稳，产生滑坡，影响渠道堤坡稳定及输水安全。

2 历年处理措施及问题的提出

1993年昭平台灌区北干渠0+850—1+350渠段左岸护坡产生滑坡，昭平台水库管理局随即对滑坡进行了处理。由于对堤身滑坡原因认识不充分，又没有行之有效的堤身土壤含水量降低的措施，只是对滑坡段进行恢复和衬砌处理，没有解决堤身土含水量大的问题，该渠段当年在停止供水后又产生了滑坡，治理没有达到预期的效果。1998年昭平台水库管理局对昭平台灌区北干渠0+000—1+650段沙河段进行防渗及滑坡专项治理。治理方案只是在原干砌石表面新浇筑一层10 cm厚的混凝土作为防渗层解决渠道渗漏问题，但堤身滑坡的问题仍没有解决。

由于非灌溉输水期渠外地下水位高，渠道内外水压力差大，堤身土含水量大，容易产生滑坡，如何消除渠道内外水压力差和堤身土含水量大的问题是解决渠道滑坡的关键。

3 原因分析

3.1 堤身材料

该渠段横穿沙河老河床，为半挖半填渠段，地面以下挖方深度为2.50m，渠道基础土质为沙砾石，渠堤堤身为当地材料壤土，边坡为干砌石护坡，渠底在回填的粘土上砌筑干砌石。

3.2 渠道内外水位影响

3.2.1 灌溉输水期渠道主要问题为渠水渗漏损失严重

渠内水位高于渠外水位，渠内水向外渗漏，该段渠道建在沙河老河床上，基础为沙砾石，渠道渗漏严重，该渠段实测输水渗漏损失达8.90%。

3.2.2 非灌溉输水期渠道主要问题是堤身失稳滑坡

由于该段渠道建在沙河老河床上，基础为沙砾石，沙河老河床地下水丰富，地下水位高于非灌溉输水期渠底高程，形成渠外地下水向渠内渗透水头差，渠外地下水在该压力差作用下，使堤身土壤含水量饱和或过饱和，渠道堤身填土的土颗粒内摩擦角达到或超过临界值，在重力作用下失稳，产生滑坡，影响堤身运行安全及渠道正常输水。

4 解决办法

对于如何处理好防渗与防滑坡问题，技术人员进行了多次现场勘察研究，但一直没有很好的解决办法。后来请教了全国渠道防渗方面的专家，专家建议采用混凝土衬砌解决渗漏，利用单向逆止阀解决堤身土的排水，并防止渠道输水时的渗漏。根据专家建议以及之前该段防渗处理的经验，确定采用在原干渠干砌石衬砌的基础上，新浇筑一层10 cm厚C15混凝土作防渗层解决渠道防渗问题，利用单向逆止阀排渗，降低堤身填土的含水量，减小渠内外水位差，解决堤身滑坡的问题。

针对该渠段堤身土质透水性强、稳定性差、渗水量大的特点，结合专家意见及确定的解决办法，查阅了逆止阀的有关资料，未找到适合本渠段特点的逆止阀。当时逆止阀仅有适合小渗量，直径在10 cm以下的塑料球形逆止阀，此类逆止阀适用范围较小，且易老化、寿命短，无法采用。

由于施工工期要求紧，又无合适的定型逆止阀，决定自主设计适合该渠段的逆止阀。设计思路为：灌溉输水期渠道内水不允许向外流动，非灌溉输水期堤身土壤水可以向渠内排除。经对比研究，确定采用灰生铁的长方体可拆装逆止阀。其组成部分为：前挡网桶、后档网桶、孔板、拍门、止水橡皮等（详见图1）。前挡网桶主要功能是防止迎水面污物进入及人为破坏；孔板与拍门间加止水橡皮组成逆止阀的核心。后档网桶为防止反滤层滤料进入逆止阀而堵塞渗水通道而设置。非灌溉输水期，堤身渗水流向渠内时，阀瓣靠渗水推力开启，排除渠道堤身渗水，起到空渗、防滑坡的作用；灌溉输水期，渠道输水时，渠内水压力大于堤身渗水压力，阀瓣由于压力差降落在阀座上，闸阀关闭，防止渠内水向外流失，起到防渗的作用。

5 逆止阀的安装施工

5.1 逆止阀的制造

逆止阀由工厂用灰生铁铸造，在加工厂一次加工成型。

5.2 逆止阀的安装

在浇筑混凝土护坡前，沿坡面布置两排逆止阀，第一排逆止阀布置在距坡脚50 cm高处，第二排布置在渠道正常水位以下50 cm处，同排逆止阀间距为5m，上下排逆止阀位置错开均匀布置。滑坡严重渠段由于渗水量大加装一排逆止阀，间距仍为5m，并上下排错开安装。逆止阀迎水坡斜面与混凝土护坡面在同一平面上，逆止阀背后设反滤层。详见图2。

图1 逆止阀原理图

6 逆止阀在工程运用中的效果

6.1 防渗效果

经多次采用流量实测对比，该渠段防渗效果良好。在该渠段未防渗前，每遇渠道输水，临渠的村庄地下水位即上升2～3m，渠道右岸稻田则积水80～100 cm。渠道防渗后，经现场检查，稻田没有积水了。沿渠的村庄村民反映，水井水不再因渠道输水升高了，大部分村民不得不重新把井下挖1～2m来保证用水，这也从侧面说明了该渠段的防渗效果比较显著。

6.2 排水效果

自工程建成后该段渠道一直运行正常，到目前为止，再没有出现过堤身滑坡的现象，表明逆止阀在排渗滑坡处理中效果显著。2010年渠道停水期检查，逆止阀可以正常向渠道内排水，经逐个检查，大部分逆止阀阀瓣仍开合灵活，能正常工作，达到了设计预期的功能。灰生铁逆止阀虽然坚固且不易生锈，但需每年非灌溉输水期检查全部逆止阀阀瓣开合是否灵活，能否正常排水。