東平縣戴廟灌區(qū)北總干渠設(shè)計(jì)施工淺析

王周奇，趙春生

（1.水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山東 泰安 271000；2.泰安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 泰安 271000）

東平縣引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水工程屬于重點(diǎn)中型引黃灌區(qū)工程，戴廟引黃灌區(qū)位于東平縣西南部，興建于1965年4月，渠首引水閘位于梁山縣國(guó)那里村北黃河大堤上，閘有3孔，設(shè)計(jì)引水流量45m3/s。灌溉東平、梁山兩縣農(nóng)田，原設(shè)計(jì)灌溉總面積1.4萬hm2，東平縣境內(nèi)設(shè)計(jì)灌溉面積0.7萬hm2，有效灌溉面積0.3萬hm2，涉及戴廟鎮(zhèn)、商老莊鄉(xiāng)72個(gè)村莊，5.6萬人，配套骨干渠道18.7km，渠系建筑物55座。后因行政區(qū)劃調(diào)整后東平縣戴廟引黃灌區(qū)引水閘位于梁山干渠引水閘左岸，主渠道起點(diǎn)引水閘，閘底板高程約為38.86m，主干渠總長(zhǎng)度為13.3km。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括骨干渠系工程、末級(jí)渠系工程、田間工程、信息化計(jì)量等。戴廟灌區(qū)引水北總干渠路線被《山東省泰安市東平縣水系連通及農(nóng)村水系綜合治理實(shí)施方案》（水利部辦公廳 財(cái)政部辦公廳關(guān)于公布2022年水系連通及水美鄉(xiāng)村建設(shè)試點(diǎn)縣名單的通知辦規(guī)計(jì)〔2021〕334號(hào)）項(xiàng)目推薦為東平縣水系連通項(xiàng)目的引水線路，選擇的取水口為國(guó)那里引黃閘（灌區(qū)取水閘），水系連通項(xiàng)目設(shè)計(jì)引水流量20m3/s，采用閘孔控制過流。

戴廟灌區(qū)引水北總干渠以國(guó)道220為界分為兩段，已建段和新建段。國(guó)道以西部分樁號(hào)K0+000～K4+900已建引水渠道共長(zhǎng)4.9km，已建渠道部分需進(jìn)行擴(kuò)建加固長(zhǎng)1.1km，部分進(jìn)行加高加固長(zhǎng)3.8km才能為《東平縣水系連通及農(nóng)村水系綜合治理實(shí)施方案》項(xiàng)目利用；國(guó)道以東再經(jīng)1.4km由已有土渠改建而成的防滲渠道，最后從東平湖二級(jí)湖堤樁號(hào)7+750處擬建入湖閘自流進(jìn)入東平湖，此處新建入湖閘（不包括在本項(xiàng)目?jī)?nèi)），共建渠道長(zhǎng)6.3km。水系連通項(xiàng)目已獲批復(fù)通過，并于2022年實(shí)施。

本次引水北總干渠新建段起點(diǎn)樁號(hào)為國(guó)道以東樁號(hào)K4+900已建節(jié)制閘為起點(diǎn)，終點(diǎn)為原主干渠終點(diǎn)，即本次引水北總干從K4+900開始，至K13+406.6結(jié)束。設(shè)計(jì)清淤防滲8.5km（樁號(hào)4+900～13+406段），起點(diǎn)高程為38.16m，終點(diǎn)高程為36.11m。灌區(qū)渠道設(shè)計(jì)流量9.50m3/s即可滿足灌區(qū)灌水需求，但是結(jié)合水系連通項(xiàng)目，需借用本次防滲渠道K4+900～K6+570段作為水系連通引黃補(bǔ)湖工程的引水渠道，因此本次引水北總干渠K4+900～K6+570段在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了水系連通引黃補(bǔ)湖工程，渠道設(shè)計(jì)流量為20m3/s（引黃補(bǔ)湖與灌溉引水時(shí)段不同）。本段渠道設(shè)計(jì)底寬為3.0m，邊坡為1∶2.0，縱坡為0.2‰，采用C30現(xiàn)澆混凝土全斷面護(hù)砌。樁號(hào)K6+570～K13+406段恢復(fù)原灌區(qū)設(shè)計(jì)流量為9.5m3/s，設(shè)計(jì)底寬為3.0m，邊坡為1∶2.0，縱坡為0.25‰。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本次新建段主干渠道由于使用性質(zhì)的不同可分為兩段，分別為K4+900～K6+570段和K6+570～K13+406段。其中K4+900～K6+570段為水系連通項(xiàng)目引黃補(bǔ)湖工程的引水渠道，為確保供水水質(zhì)，減小輸水滲漏損失，渠道內(nèi)外水不允許交換。K6+570～K13+406段為灌溉引水渠道，水質(zhì)能滿足農(nóng)業(yè)灌溉要求即可，渠道內(nèi)、外水允許交換。

由于主干渠段渠道臨近東平湖，地下水位較高，渠道襯砌時(shí)，防止地下水位頂托起襯砌混凝土板，根據(jù)渠道段使用性質(zhì)的不同特點(diǎn)采取了不同的措施。經(jīng)查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料，目前解決防滲襯砌板抗浮穩(wěn)定問題，主要有兩種措施，一種是襯砌采用透水式，使內(nèi)、外水交換，以基本消除村砌板內(nèi)外水壓力差；另一種是采用滲控方法，減小襯砌板下水壓力，以減小襯砌板內(nèi)、外水壓力差，達(dá)到抗浮穩(wěn)定目的。

2.1 內(nèi)外水不允許交換段渠道設(shè)計(jì)方案

本次引水北總干渠K4+900～K6+570段為供水渠道，為確保供水水質(zhì)，減小輸水滲漏損失，渠道內(nèi)外水不允許交換，解決襯砌板抗浮穩(wěn)定問題只能采用滲控方法。經(jīng)方案比較和分析論證，設(shè)計(jì)采取了以渠基排水為主的處理措施，并根據(jù)沿線地形條件、水質(zhì)情況、襯砌型式及地下水位情況，選用了在邊坡坡底增設(shè)反濾層，采用暗管集水、逆止閥自流的內(nèi)排措施。除采用上述措施外，對(duì)局部地質(zhì)條件較差渠段，當(dāng)采用渠基排水措施不能滿足要求時(shí)，還采取了增加襯砌混凝土板厚度和對(duì)渠基采用水泥土換填等處理措施，以滿足襯砌板抗浮穩(wěn)定要求。

引水北總干渠K4+900～K6+570段渠道防滲的具體做法從下到上為：新筑1∶2.0的渠道邊坡，邊坡底部設(shè)500mm×300mm的齒墻，在新筑的渠道土質(zhì)邊坡和齒墻底部全斷面鋪設(shè)復(fù)合土工膜，采用一布一膜，布重300g/m2，膜厚0.3mm，鋪設(shè)時(shí)，膜朝下布朝上，同時(shí)做好膜的保護(hù)措施，邊坡和底板均為12cm厚的C25混凝土現(xiàn)澆板。渠道頂部設(shè)6cm厚40cm寬的封頂板，間隔3m埋設(shè)（長(zhǎng)×寬×高）300mm×300mm×500mm的防護(hù)網(wǎng)鎮(zhèn)墩。同時(shí)采用了暗管集水逆止閥自流內(nèi)排措施臨湖側(cè)渠道邊坡的橫向排水盲溝間距為10m，背湖側(cè)渠道邊坡的橫向排水盲溝間距為20m，縱向排水盲溝的坡比與渠道相應(yīng)斷面處的坡比相同。在縱橫向盲溝的交匯處設(shè)置逆止閥，以利于地下水排出。

2.2 內(nèi)外水允許交換段渠道設(shè)計(jì)方案

引水北總干渠K6+570～K13+406段渠道為灌溉引水渠道，渠道內(nèi)、外水允許交換，為解決襯砌板抗浮穩(wěn)定問題，襯砌采用透水式，使內(nèi)外水交換，基本消除了襯砌板內(nèi)外水壓力差，同時(shí)對(duì)邊坡起到了抗沖作用。對(duì)原設(shè)計(jì)方案全斷面現(xiàn)澆混凝土防滲進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，設(shè)計(jì)采取了以渠坡排水為主的處理措施，并根據(jù)沿線地形條件、水質(zhì)情況、襯砌型式及地下水位情況，渠坡選用了10cm厚的C30干砌預(yù)制混凝土板護(hù)砌，渠底采用了15cm厚的C30現(xiàn)澆混凝土板的形式，既有利于防止水流沖刷邊坡、地下水頂托又有利于地下水補(bǔ)源。

本段渠道采用了預(yù)制混凝土板，尺寸為500mm×300mm×10mm。具體做法為（從下到上）：底部設(shè)500mm×300mm的齒墻，在新筑的渠道土質(zhì)邊坡和齒墻底部全斷面5cm的中粗砂，鋪設(shè)土工布（布重300g/m2），土工布上鋪設(shè)5cm的碎石（5～20mm）然后鋪設(shè)邊坡為10cm厚的C30混凝土預(yù)制板，齒墻底部設(shè)拋石擠淤的方式澆筑混凝土齒墻。渠道護(hù)坡采用C30混凝土預(yù)制板干砌，板厚10cm，要求采用振搗密實(shí)的混凝土預(yù)制板。新設(shè)混凝土護(hù)底間距8.0m設(shè)伸縮縫1道，縫內(nèi)采用閉孔泡沫板填充。干砌預(yù)制板之間的拼縫要求不大于3mm。坡面平整度要求用2m靠尺檢測(cè)凹凸不超過10mm。

3 施工邊坡塌陷現(xiàn)狀

K6+570～K13+406段主干渠距離東平湖僅為38～225m，東平湖運(yùn)行高水位達(dá)到41.59m，最低運(yùn)行水位為39.30m。尤其在K6+570～K7+400段（穿桑園村和于王莊村）地面高程為41.08～40.56m，渠道底高程為37.84～37.61m，渠道輸水水位為39.48～39.25m，為地下渠；K7+400～K13+406段渠道背水側(cè)地面高程為39.4～37.80m，渠道底高程為37.61～36.11m，渠道輸水水位為39.25～37.75m。渠道附近土層為黃河沖積平原，沙性土的滲透系數(shù)僅為1×10-3cm/s，當(dāng)年9月份地下水埋深平均為1.0m左右，11月底地下水埋深一般不大于2.0m。項(xiàng)目開工后，在土方造坡、混凝土板鋪設(shè)過程中，多處邊坡塌陷，造成多次停工、返工處理。邊坡塌陷的位置多是已進(jìn)行完混凝土板鋪設(shè)后一段時(shí)間，才逐漸產(chǎn)生裂縫，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，裂縫逐漸加大，最終導(dǎo)致下部幾行或整個(gè)邊坡的混凝土板全部坍塌。同時(shí)坡腳處的砌石齒墻也出現(xiàn)不同程度的位移，坍塌嚴(yán)重的齒墻甚至已全部離開原來的位置。邊坡塌陷問題發(fā)生后，施工單位根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)行了初步處理，但效果均不理想。

4 邊坡塌陷原因與處理措施

4.1 原因分析

項(xiàng)目法人會(huì)同監(jiān)理和設(shè)計(jì)施工聯(lián)合體單位多次現(xiàn)場(chǎng)研究，總結(jié)分析出邊坡塌陷主要是由于兩個(gè)因素造成的：一是因?yàn)橐o鄰東平湖，地下水位高于渠底，水壓力較大，邊坡壓重不夠，從而造成邊坡塌陷；二是黃河下游平原區(qū)特殊的地質(zhì)造成流沙等現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡塌陷，并根據(jù)以上問題提出了相應(yīng)的處理措施。

地下水位居高不下的原因主要有以下兩點(diǎn):一是渠道排水點(diǎn)少。施工地點(diǎn)位于商老莊鄉(xiāng)境內(nèi)，地勢(shì)低洼，日常灌溉排水必須通過揚(yáng)水站提水才能解決，左岸涵閘均為排涵，雨水多時(shí)老百姓只能通過排涵向渠道里排水。由于行政區(qū)劃變更（縣界處已筑渠道隔水堤）等原因，致使灌區(qū)原有排水系統(tǒng)基本處于癱瘓狀態(tài)。而整個(gè)渠道的現(xiàn)狀排水只能通過揚(yáng)水站與灌溉水流向相反，集中排向三分干與四分干交匯處后再通過柳長(zhǎng)河排出，所以導(dǎo)致地下水位下降緩慢。二是本年度汛期雨水較往年次數(shù)多、雨量大，也導(dǎo)致了地下水位的升高。另外，邊坡塌陷還與土方回填不密實(shí)有關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，部分邊坡塌陷的位置在原有的排水口附近。由于土方回填碾壓不夠，密實(shí)度達(dá)不到要求，當(dāng)?shù)叵滤桓邥r(shí)，水就從這些薄弱環(huán)節(jié)滲出，導(dǎo)致沙土液化坍塌。

4.2 處理方案

經(jīng)參建各方共同研究論證，提出了以下邊坡塌陷處理方案:首先是加大排水強(qiáng)度。如果排水強(qiáng)度小于滲流強(qiáng)度，渠道里的水排不出去，地下水位就不會(huì)下降。為此工程指揮部要求施工單位盡量利用轄區(qū)內(nèi)灌區(qū)原有排灌系統(tǒng)，打通南北排水溝，集中由南北向具有排水、蓄水出路的南北向渠道排水或蓄水。另外要求施工單位要超深超寬挖掘排水溝，并從邊坡塌陷處向排水溝挖出橫向支溝，以保證超高地下水能順利排出。其次是對(duì)邊坡塌陷處進(jìn)行處理，結(jié)合了東平湖周邊移民搬遷工程，就近購(gòu)買拆遷時(shí)的建筑垃圾，主要是碎石磚塊進(jìn)行回填，重新造坡，實(shí)現(xiàn)了廢物再利用，既減少了環(huán)境污染，又保證了工程如期完成。用挖掘機(jī)將淤泥清除后，先是回填部分建筑碎磚，同時(shí)將漿砌石齒墻加大尺寸，以防齒墻位移。然后在表面用塊石干砌，最后進(jìn)行砂墊層及混凝土板鋪設(shè)。

4.3 實(shí)施效果

經(jīng)過采取集中排水降低地下水位及邊坡塌陷處重點(diǎn)處理的解決方案，使得工程保質(zhì)保量按期完成，通過通水具體操作試運(yùn)行的效果來看，除了個(gè)別地方的邊坡還有點(diǎn)塌陷外，其余的邊坡處理都取得了良好的效果，通過了初次放水的考驗(yàn)。首先，原來塌陷過的邊坡經(jīng)過處理后沒有再次出現(xiàn)裂縫或有塌陷的跡象。其次，渠道邊坡的外觀平整度及齒墻的位置都沒有發(fā)生明顯變化。實(shí)踐證明，此次邊坡塌陷的處理措施效果較好。

5 結(jié)語

在東平縣引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水工程戴廟灌區(qū)引水干渠項(xiàng)目的實(shí)施過程中，通過對(duì)高地下水位地區(qū)渠道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析及施工過程中引水干渠襯砌工程邊坡塌陷原因的分析，提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)、施工處理方案，采取了具體的具有操作針對(duì)性措施，減少了邊坡塌陷問題對(duì)施工質(zhì)量及工期的影響，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施，為以后解決類似問題提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。