長距離混凝土預制板渠道破壞形式及應對措施

□章再興（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局）

1 工程概況

北疆供水渠道工程，渠道全長133km，渠道橫斷面形式為梯形斷面和弧形底梯形斷面，渠道底寬為4m，渠道邊坡比1:2，渠道縱向坡降1/10000～1/12500。渠深5.40～6.20m，水深4.68～5.36m，渠道超高0.50m，流速1～1.16m/s。

2 研究任務

北疆供水渠道工程已經運行15a，渠道產生多種破壞形式，輸水渠道產生破壞后，能夠引發安全事故，每年增加歲修工程量和工程費用，而且給輸水工程管理帶來很多麻煩，使渠道輸水效益變小。因此不管是從工程運用的實際情況出發，還是從經濟效益方面出發，輸水渠道破壞研究都是很有實際意義的。要徹底解決渠道破壞問題，需要研究渠道破壞的根本，分析渠道破壞的原因，從而尋求針對性的應對措施。

3 工程地質

北疆供水渠道工程為老第三系地層屬內陸湖泊沉積，巖相變化較大，沉積有較多的泥巖和砂質泥巖，根據試驗成果，泥巖、砂質泥巖大部分屬于中等膨脹巖，個別達到強膨脹巖。

強膨脹巖以雜色、紅紫色泥巖為主，巖體中裂隙十分發育，裂隙長一般<3m，裂隙面光滑有擦痕，產狀紊亂。泥巖遇水膨脹對渠道混凝土襯砌可能造成損害，是本工程的主要工程地質問題之一，需采取工程措施，保證渠道安全的運行。

4 渠道形式

為了改善渠底混凝土板受力條件，渠道斷面采用圓弧形底梯形斷面，圓弧半徑為8.47m。弧形部分采用現澆C20 混凝土襯砌，厚度10cm。另外全線坡面上預制混凝土塊厚度由初設的5cm 增加為6cm。上述斷面結構設計，總的看可以減輕渠道凍脹危害，有利于北疆供水渠道工程輸水運行的安全。

5 北疆供水工程渠道的破壞類型及處理方法

5.1 常規破壞

5.1.1 渠道基礎泥巖膨脹破壞

由于渠段廣泛分布著中強膨脹性泥巖，膨脹裂隙吸收大氣降水或滲透水作用，導致泥巖體結構面強度降低，引起膨脹，造成襯砌和混凝土板變形。渠道巖脹變形處理，拆除被破壞的襯砌混凝土六角板，對鼓起的泥巖按照設計坡比削平，然后重新襯砌，恢復斷面結構。

5.1.2 渠道襯砌板“水脹”破壞

5.1.2.1 渠道塑膜的鋪設

防滲塑膜是北疆供水渠道工程的重要防滲設施。在鋪設防滲塑膜之前，膜下砂漿上須清掃干凈；禁止施工人員穿硬底鞋及帶釘鞋，渠底和坡面禁止將硬物（如預制混凝土板等）放置于土工膜上；坡頂以上土工膜應整齊卷好，并在覆蓋后壓緊。

5.1.2.2 防滲膜的拼接

北疆供水渠道工程防滲塑膜采用PE 系列土工防滲塑膜。防滲塑膜的鋪設、拼接、焊縫質量檢查等必須嚴格按照國家規范的要求進行施工。

5.1.2.3 采取有效的排水措施

北疆供水渠道工程排水體采取的設計原則有，每一層排水料不可以穿過較大一層排水料的孔隙；每一層的排水料顆粒不應發生位移；被保護渠堤填筑料不可以被排水體被帶走，排水體內的空隙不可以被阻塞。排水體材料可以因地制宜就地取材，經篩分配制而成，其各層粒徑之間應滿足的層間關系要求，即

式中：d40—較小顆粒的排水料，該排水料占全部的40%；D60—較大顆粒的排水料，該排水料占全部的60%。

5.1.2.4 科學調度

科學調度也是減少水脹破壞發生的有效手段之一。減水時渠內水深24h 降幅≤30cm，這樣可以預防“水脹”破壞的發生。

5.1.3 渠道滲漏破壞

輸水渠道的滲漏處理：一是選擇渠堤外坡土工織物反濾排水設計：可以在輸水渠道的外邊坡有滲漏的部位上鋪設土工布反濾排水體，土工布選用滌綸長纖針刺無紡布，土工布的厚為4.20cm。邊坡段采用2 層土工布折疊鋪設，水平渠堤段采用3層土工布折疊鋪設，鋪設的面積必須大于滲漏出流的潤濕面積，在渠道邊坡上鋪設的高度要高于滲漏出流點1.50m 處，水平渠堤段鋪設長度為4m，然后用和渠堤填筑料相同的涂料對土工布進行壓重，渠道邊坡壓重土體寬度1m，厚度1m。二是在滲漏位置設置反濾排水體：在輸水渠道外邊坡滲水部位設置反濾排水體，然后按照規范要求將粒徑級料填筑密實，一層填厚20cm，頂部高于滲漏點1.50m，寬度1.00m，排水體外邊坡為1：1.75，用和輸水渠道填筑料相同的填筑料覆蓋，渠道邊坡覆蓋寬度1.10m，水平渠堤段覆蓋土體厚度0.20m。三是排滲溝渠排滲：根據輸水渠道外坡腳滲水部位現場實際情況，計劃采用導滲溝導滲。

5.1.4 “凍脹”破壞

北疆渠道供水工程很大一部分的渠段為整體開挖或半挖半填斷面，“凍脹”破壞的重要因素為渠道滲漏所導致，渠堤兩側的地勢較高，不容易設施橫向自流排水，由于滲水排不出渠堤，從而到每年冬季就會發生“凍脹”破壞，將預制板結構損壞。

“凍脹”造成局部混凝土預制板結構破壞的部位。輸水渠道通水前，將襯砌結構拆除，對局部破壞位置，按照原設計進行修復。

5.1.5 凍融破壞

因渠道沉降變形、局部鼓脹破壞，造成渠道積水，或因滲漏水無法排除等因素造成渠道混凝土襯砌構件含水率較高，導致混凝土襯砌構件發生凍融破壞，骨料外露現象。

將凍融破壞嚴重，影響渠道運行安全的部位的混凝土構件拆除重新襯砌。現澆、預制混凝土構件時，加入相應比例的粉煤灰，可提高其抗凍性。

5.2 典型破壞

5.2.1 渠道滑坡破壞

由于北疆渠道供水原始地質是由泥巖組成，泥巖中參雜蒙脫石，當蒙脫石含量在7%以上時，渠基巖土呈現出脹縮特征，且蒙脫石含量越大，產生的脹縮率也就越大，對渠道的危害也越嚴重。

根據膨脹巖的特性，滲水是導致其產生膨脹力的主要因素。北疆供水渠道工程的膨脹巖濕水有兩個來源：一是渠道內水外滲進入塑膜后，一方面使渠道邊坡泥巖產生了膨脹力，對渠道襯砌板產生頂托作用，另一方面造成渠道基礎泥巖的強度及承載力的降低，形成軟弱地基；二是大氣降水及融雪水。因此，泥巖濕水是滑坡產生的先決條件，加之卸荷，從而導致了滑坡。

5.2.2 處理措施

一是在現場開挖滑坡體時，發現有相當一部分滑體位于渠道邊坡中部，如果只是將這部分滑坡體挖出換填，雖說在一定程度上解決了問題，但是隨著時間的推移，換填的這部分砂礫料反而成為了潛在的滑坡體。二是避免了拆東墻補西墻，補了又拆的做法，既從根本上解決了泥巖的凍脹和膨脹問題，又避免了因局部小范圍換填所帶來的隱患。三是渠道所在區域最大凍土深度1.50m，且地下水位埋深較大，泥巖分布也較廣、較深。經計算換填厚度邊坡在1.20-1.40m 之間，渠底在1.00m 左右，綜合考慮施工工期、進度、質量等方面的因素，確定了換填厚度：邊坡1.50m，渠底1.00m。

5.2.3 局部襯砌板鼓起部位的施工

一是將鼓起或脫落部位的襯砌板拆除，堆放整齊，待用；二是拆除原有的防滲土工膜，然后將鼓起的巖土按設計坡比1：2修整削平；三是鋪設新的防滲土工膜，并進行牢固的焊接；四是最后進行預制板的襯砌，恢復渠道斷面結構。

經觀測，北疆供水渠道工程通水運行后，幾年來處理后的渠堤穩定，很少發生重復滑坡破壞，能夠滿足渠道運行安全的要求。

6 結語

經過多年的運行，對本工程多種形式的破壞有較為全面的分析，不管是工程的實際運用情況，還是從工程效益的角度出發，研究渠道破壞問題有著很現實的意義。要有效解決這一問題，研究渠道破壞機理，弄清破壞本質及致損的主要因素，在將來能尋找到很好的針對性措施。

[1]王湘伊，姜旭新，張健.北疆供水工程總干渠運行期常見的渠道破壞形式及處理措施[J].水利建設與管理，2009（12）．

[2]曾興旺.淺談新疆北疆供水工程渠道防洪措施[J].新疆水利，2010（5）．