南水北調輸水土渠常見病害及修復方案

孫元文，王 榕

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南250109）

南水北調山東干線膠東局輸水渠道位于南水北調東線工程東西線末端，由膠東局負責具體管理，下轄兩個渠道管理處，分別管理全斷面襯砌段渠道和土渠段渠道。入小清河分洪道涵閘末端至引黃濟青上節(jié)制閘，長34.575 km，是土渠，其中新開挖土渠長29.175 km，渠底寬14 m，邊坡1∶3，利用小清河分洪道子槽為半混凝土襯砌段（渠坡襯砌，渠底不襯），輸水渠道長5.40 km，渠底寬38 m，邊坡1∶3。輸水渠道設計流量為50 m3/s，加大流量為60 m3/s。沿線建設各類交叉建筑物323 座，其中，節(jié)制閘、分水閘、泄水閘等20 余座。本文對膠東局34.575 km 土渠運行時發(fā)生的病害、日常維修養(yǎng)護和輸水調度運行要點，進行了研究與探討。

1 土渠病害情況及原因分析

土渠的病害形式多種多樣，主要有沖刷、淤積、滲漏、沉陷、坍塌、裂縫等。經過5 年來的輸水運行，膠東局土渠段常見病害情況如下：

1.1 土渠病害情況

1）渠坡坍塌破壞。土渠自運行以來，共發(fā)生了6 處較大的渠坡坍塌破壞現象。土渠段的渠坡坍塌是局部坍塌，左右岸均有，長度約100～200 m，寬度約3～8 m，形成上陡下緩的坡面，改變了原來梯形斷面的形態(tài)。2019 年臺風強降雨影響，發(fā)現渠堤垂直渠道裂縫一處，裂縫最寬處約10 cm，深約1.5 m 左右。另外半坡襯砌段發(fā)生過多處護砌混凝土板下渠床掏蝕現象，造成護砌板架空、下滑甚至斷裂。

2）坡面雨淋溝破壞。雨季土渠邊坡的雨淋溝較多、較深。尤其是遇到強降雨時，會造成大的雨淋溝。大雨淋溝長15～20 m，寬1～2 m，深約1 m。

3）渠道水流沖刷破壞。輸水水流對渠坡侵蝕，尤其在土渠段的節(jié)制閘下游，兩側渠坡沖刷比較嚴重，在水位變化區(qū)形成局部形成長約20～28 m，寬約1～2 m，深約1 m 的沖溝。

1.2 土渠病害原因分析

1）渠坡坍塌破壞。土渠渠坡局部發(fā)生坍塌破壞，經現場查勘和對照設計資料分析，均是滲流破壞，主要的原因：一是土質問題，嚴重的邊坡坍塌主要發(fā)生在粉砂壤土處，土體黏粒含量少、粉粒多；二是地下有軟弱土層或流砂；三是渠道內外水位不平衡，渠道外地下水位過高，地下水自土渠邊坡腰部逸出，地下水位線以下的土壤處飽和狀態(tài)，粘結力大為降低，極易滑坡下塌，地下水位線以上的部分因失去支撐而自然坍塌。地下水位愈高，地下水逸蝕作用愈強，渠坡越易滑塌。渠堤裂縫經現場查勘，也是滲流破壞，垂直渠道裂縫不遠處上下游已形成細小的裂縫，有可能進一步形成滑坡體。半坡襯砌段護砌混凝土板下渠床掏蝕機理同上。

2）坡面雨淋溝破壞。經現場查勘主要是地面水沖刷，雨水從堤頂向土渠內匯流，形成嚴重的沖刷，造成水土流失影響。

3）渠道水流沖刷破壞。由于渠道內水的浸潤，浸蝕，邊坡極易沖刷塌陷，特別是水位變化時，使土體自重和土體剪應力增加，水面附近和水面以下土體最易沖刷破壞。

2 土渠修復方案

2.1 渠坡坍塌修復

根據現場實際情況，對護坡進行修復加固，渠坡坍塌部位采取渠坡土體修復和漿砌石護坡或干砌塊石護坡兩種處理方案。

1）渠坡土體修復。漿砌石護坡前，先行按照原設計斷面對渠坡進行修復處理。將坍塌段土體清除，開挖自設計渠底坡腳起向外側開挖，為與原狀土進行良好銜接，先將松散的塌坡土清理至密實的原狀土，然后呈臺階狀開挖，臺階寬1.0 m，高0.5 m；修復填筑段沿渠堤縱向應與上下游相銜接，銜接時參照渠坡開挖形式開挖為臺階狀，且總體坡度不陡于1∶5。挖除的虛土層土料混合后，重新填筑，實施時應干場施工，保證渠坡填筑壓實度不小于0.96，應通過工藝性試驗確定施工控制指標，并進行填筑指標檢測。

2）漿砌石護坡。漿砌塊石護坡主要用于連續(xù)坍塌渠段。為保證土體填筑質量，渠坡填筑時，應根據設計渠道斷面填筑，人工削坡0.4 m，然后進行漿砌石護坡施工。漿砌石護坡結構自上而下依次為：M10 漿砌石、10 cm 厚碎石墊層、300 g/m2土工布。漿砌石厚度0.3 m，邊坡1∶3，漿砌石下采用M10 漿砌石齒墻，齒墻尺寸0.5 m×0.8 m（寬×高），頂部采用M10 漿砌石壓頂，尺寸為0.5 m×0.5 m（寬×高）；漿砌石護坡每10 m 設置一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內上部2 cm 厚填充瀝青砂漿，下部填塞閉孔泡沫板。

3）干砌塊石護坡。干砌塊石護坡主要用于局部渠坡底部坍塌的不連續(xù)凹坑的處理。干砌塊石護坡前先將坍陷的虛土清除至原狀土，自上而下的順序為：頂部坡面采用干砌塊石，厚度0.3 m；坡腳處設深0.5 m 寬0.5 m 的干砌塊石齒墻基礎。所用石料單塊石料重量不小于20 kg，防止沖移串通，并保證坡面盡量平整。干砌石下采用10 cm 厚級配碎石墊層，粒徑5～20 mm，壓實整平，下面鋪設300 g/m2土工布反濾。

4）渠堤裂縫處理，將似形成的滑坡體全部挖除，按照上述土方施工方法進行回填壓實。半襯砌段護砌混凝土板破壞，土方回填壓實同上，混凝土板施工按照原設計要求恢復。

2.2 坡面雨淋溝修復

首先將雨淋溝的虛土清除至原狀土，然后分層回填夯實。對大的雨淋溝，注意要適當開蹬，以利新舊土體結合。

2.3 渠道水流沖刷坡修復

渠道水流沖刷破主要集中在節(jié)制閘下游，將節(jié)制閘下游漿砌石防沖段延長，采用漿砌石護坡修復，漿砌石護坡施工方法大致同渠坡坍塌漿砌石護坡施工。

3 渠道維修養(yǎng)護與調度運行管理

3.1 土渠維修養(yǎng)護要點

及時檢查維修渠道堤頂兩側土埂是否完好，能否起到擋水作用；加強坡面草皮的養(yǎng)護，防止出現大的雨淋溝和延緩自然侵蝕；在塌坡比較嚴重的流砂段，可用黏土護坡，即在渠道邊坡的下部，地下水出逸的部位，從渠底起順著渠坡，鋪砌0.3～0.5 m 厚的黏土層，一般寬2～3 m。

3.2 土渠調度運行要點

控制好流速和保持渠道水位穩(wěn)定。根據膠東局渠道多年運行經驗，選定土渠流速小于0.5 m/s為宜，此時渠道基本沒有沖刷。渠道運行水位一般高于渠道外側的地下水位10 cm。膠東局土渠段渠道右側為小清河，渠道左側為支脈河，輸水運行時，尤其汛期，當小清河水位升高、支脈河水位升高時，渠道水位不能較低，應保持高水位運行。故工程運行時，應根據外水水位、地下水水位情況，對渠道水位實施控制，保證渠道內水位高于地下水位或與地下水位基本持平，避免渠道內外形成較大的水位差。