讨赖河流域浆砌石渠道维修加固措施探析

刘开清

(甘肃省水利厅讨赖河流域水资源管理局，甘肃 酒泉 735000)

讨赖河流域历史悠久，在西汉时期就实施了引水灌溉。流域内的灌溉渠系建设始于20世纪50年代末期，近些年达到了建设高峰期，尤其是灌区续建配套与节水改造工程的实施，渠系配套水平得到了大幅提升，灌溉水平均利用系数已接近0.5。当前流域内共有输水干渠56条，长度688km，配水支渠、斗渠共2638条，长度4085km。建于20世纪60～80年代的渠道多为就地取材而修建的浆砌石防渗渠道，运行50余年来，为流域内经济社会发展做出了巨大贡献，但随之而来的是渠道老化失修、冻融破坏等一系列问题。受地质条件、垫层填筑质量、水流等诸多因素影响，导致渠道破坏的“病因”具有多样化的性质。本文在重点分析和研究渠道破坏的类型、成因的基础上，提出了相应的加固及防治措施，供水利工作者在渠道加固工程中参考和借鉴。

1 浆砌石渠道破坏的类型

1.1 渠基失稳

常出现渠基浅层滑动、深层滑动等情形，表现为砌体变形、裂缝、错位以及临水面、背水面滑坡、坍塌等情形，高垫方渠道甚至出现崩岸情形。

1.2 冻融破坏

讨赖河流域中下游地处西北严寒地区，冬季比较漫长，多年平均气温7.3～8.0℃，极端最高气温38.4～38.6℃，极端最低气温-3l.6 ～-29.0℃。在该工况下，因冻融破坏而常出现砂浆脱落、砌石开裂、渠基沉降，砌石体结构强度降低、沉陷以及完全溃散的情形。

1.3 老化风化

主要表现为:砌石表层出现碳化、裂缝、风化剥落或裂纹，砌石体冲刷耐磨、冻融膨胀、渗漏溶蚀以及预应力等性能降低，甚至导致砌石体变形、滑坡、坍塌等。

2 浆砌石渠道破坏的成因分析

2.1 渠基强度不够

主要是由于土质基础碾压不密实、松软基础未做排水疏干、破隙发育的石质基础未做灌浆处理等，导致渠道地基的天然强度不够。

2.2 渗流破坏

由于砌石体砌缝多、孔隙大(约占总体积的25% ～35%)，加之砌石时砂浆标号低、填筑不密实、座浆不饱、砌筑质量不高以及勾缝及养护工作不到位等，以致形成渗水通路，使得渠道行水位以下的渠岸土呈饱和状态，抗剪强度降低，自重增加，下滑力增大。此外，因渗水形成管涌，引起渠基坍塌破坏。

2.3 冻融破坏

冻融破坏主要由砌石体下渠基土的膨胀引起。由于渗漏、地下水和其他水的补给，渠基的含水量比较高，在冬季低温作用下，渠基中的水分发生冻结而造成土体膨胀(水的密度为1t/m3，冰的密度为0.92 t/m3，当渠基中的自由水结冰时，体积要膨胀9%)，从而产生冻胀力排开土颗粒。当周围未冻结区中的水分向表层冻结区迁移聚集，冻结区土层中的水分增加，冻结的水分逐渐增多，土体积也随之发生膨胀隆起，致使渠基在剖面上发生褶皱、断裂和扰动，砌石体开裂隆起而折断;当春季气温回升、冻土消融时，由于湿度过大，渠基的稳定性差，导致砌石体断裂、滑塌、向渠内侧大幅倾斜和倒塌损坏。

2.4 外界因素

外界因素对渠道的影响和作用大致可分为3类:ⓐ引起渠道自然老化，如:湿度变化、温度变化的影响，材料的风化老化等;ⓑ外荷载加载破坏，如:洪水、地震等自然灾害;ⓒ人为因素引起的破坏，包括勘测、规划、设计、施工及管理等。最典型的就是渠基附近耕地灌溉，损坏基础、护岸及砌石体等。无论是自然因素，还是人为因素的影响，都会降低结构的可靠性(如:安全性、适用性和耐久性)，影响结构的正常使用。

3 维修加固及防治措施

针对浆砌石渠道不同类型的破坏问题，在有效的理论分析、计算验证及经验判断的基础上，对号入座，寻求有针对性的防治及维修加固措施。

3.1 渠基原因引起破坏的维修加固措施

a.挖除滑动体。从滑动体的上边缘开始，采取逐级开挖方式，每级高20cm，沿着滑动面挖成锯齿形，每一级都要开挖到未滑动土中0.5m以上，以保证回填土与原基础能够良好地结合在一起。

b.处理阻滑体。对原来由于夯填不密实，或为软弱土、黄土等的不良地基，或由于运用中渗水的冲蚀以致存在塌陷坑、孔洞的地基，采用开挖重新回填、夯实、灌浆、换土、背水坡脚抛石等方法，使阻滑体坚实、平整和稳定。

c.按渠岸原设计要求及施工规范填筑还坡。

3.2 渗流破坏的维修措施

渗流破坏的修复，主要通过拆除有渗流的砌石体及基础，采用浆砌石土工膜防渗或采用浆砌石加衬混凝土护面结构进行修补。浆砌石土工膜防渗的程序为:清除渠基中含水量达到饱和状态的土层及有裂隙砌石体，在处理好渠基、砌石体垫层及过渡层后，铺设膜料层(塑膜、沥青玻璃布油毡等)，再在膜料层上铺筑混凝土或砌石。浆砌石加衬混凝土护面结构的施工程序为:ⓐ清除损坏渠基及砌石，处理好渠基、砌石体垫层及过渡层，铺筑砌石;ⓑ凿毛原衬砌表面，抠去松动的灰缝，按照先浇渠底、后浇渠坡的顺序，在浆砌石表面现浇混凝土护面［1］。

3.3 冻融破坏的维修及防治措施

3.3.1 维修措施

a.清除冻胀的渠基及破坏的砌石体，回填非冻胀性的中砂或粗砂，每层厚度20cm，分层碾压夯实，提高压实度指标。

b.适度提高砌石强度(可提高到M7.5或M10)，因地制宜选择石材、水泥，合理添加防冻剂和其他复合外加剂，从原材料上保证抗冻要求。

c.从工艺质量上满足防渗防冻要求。在块石砌筑中，彻底清理新旧结合面，严格按照工艺规范要求分层砌筑，保障座浆饱满，杜绝出现通缝、斜缝等各种质量缺陷。

3.3.2 防治措施

强化调度和运行管理是浆砌石渠道防止冻融破坏的关键措施之一。在渠道运行中，尽可能避免低温运行;低温季节运行时，尽量保持水位稳定;个别冻融破坏要及时修补;渠道停水后要及时做好渠道排水。同时，在个别条件适宜的区域，配套渠道防护林带［2］，适度考虑生物排水法降低渠基水分。

3.4 老化风化的维修措施

对老化深度较浅而产生的蜂窝、麻面等现象，采用砂浆修补、表面防碳化处理、表面喷护加固等措施。对于老化深度相对较大和砌石体变形、滑坡、坍塌等情形，可凿除砌石体松散部分或拆除损坏部分，洗净有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或细粒混凝土座浆进行填补，最后以环氧基液做涂基保护。

3.5 外围保障措施

3.5.1 划定渠道管护范围

2014年9月，水利部启动了河湖及水利工程划界确权情况调查工作，要借助此次调查及后续工作的实施，重启流域内灌溉输水渠道管护范围的确权划界工作，以确保渠道在设计条件下安全运行，避免因渠道附近耕地灌溉及外界因素而引起的渠系损毁破坏。

3.5.2 以工程措施适度优化原设计布局

在渠系原设计布局中，沿山片区的渠道傍山而建，有设置防洪通道、但下游区无洪水出路的，有设置防洪通道、但通道直接入渠的，还有无防洪通道的情形。针对以上问题，要借助岁修工程、维修改造工程等，逐步优化原设计布局，适当设置泄洪渠系、截水墙、导流墙等设施，为洪水预留通路，减少和避免暴雨、洪水对渠系的损坏。

［1］王金旭.景电灌区更新改造渠道防渗及处理措施［J］.甘肃水利水电技术，2009(4).

［2］魏束强，赵彦波.混凝土衬砌渠道冻害原因分析及预防措施［J］.水科学与工程技术，2009(5).

［3］张建斌，陆立国，等.青铜峡河东灌区东干渠渠道衬砌方案分析［J］.人民黄河，2014(9).

［4］贺景杰.浆砌石护坡的施工技术与质量控制探讨［J］.水利科技，2014(5).