逆止閥在灌區(qū)渠道防滲滑坡治理中的應(yīng)用

□ 張國明 □朱克斌 □張國慶

（1平頂山市湛河區(qū)農(nóng)林水利局 2平頂山市農(nóng)田水利技術(shù)指導(dǎo)站 3平頂山市水利局）

0 引言

我國的大中型灌區(qū)，渠道輸水是主要的輸水方式。采用渠道襯砌防滲處理是主要的節(jié)水改造措施，但對于一些特殊地質(zhì)環(huán)境的渠道，在非灌溉輸水期，由于存在渠道內(nèi)外水壓力差，渠堤邊坡常會出現(xiàn)變形、裂縫，甚至滑坡。在昭平臺灌區(qū)北干渠的續(xù)建配套與節(jié)水改造遇到了此類問題，經(jīng)過技術(shù)人員的技術(shù)攻關(guān)，自行研制了逆止閥并運(yùn)用到了問題渠段，有效地解決了此類問題。

1 工程概況

昭平臺灌區(qū)是河南省的大型灌區(qū)之一，設(shè)計(jì)灌溉面積6.67萬hm2，受益范圍包括平頂山市的魯山縣、寶豐縣、葉縣、新華區(qū)、湛河區(qū)、新城區(qū)等3縣4區(qū)26個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、辦），有南北兩條干渠，干渠總長134.70 km。昭平臺灌區(qū)北干渠渠首，樁號0+000—1+650段渠基是沙河老河床，該渠段向西北穿越沙河，為半挖半填式橫斷面渠段，自地面下挖深度為2.50m，地面以上填方渠堤高度為1.70m，設(shè)計(jì)渠底寬度為9m，右岸堤頂寬度2m，左岸堤頂為水庫至魯山縣城的公路。渠道左側(cè)1000m左右為昭平臺水庫大壩，沿渠土壤質(zhì)地為沙礫石，渠堤為壤土修筑，渠道外邊坡為自然土坡，邊坡系數(shù)1:2.50；內(nèi)邊坡為干砌石護(hù)坡，邊坡系數(shù)1:2；渠底在回填0.50m厚的粘土上砌筑干砌石，渠道縱坡1:5000，設(shè)計(jì)流量42.44m3/s，設(shè)計(jì)水深3.18m。灌溉用水期，渠內(nèi)水位高于渠外水位，渠內(nèi)水向外滲漏，渠道滲漏嚴(yán)重。灌溉停水期，由于渠道兩側(cè)為沙河老河床，地下水位高，渠道外側(cè)地下水向渠內(nèi)滲透，部分渠段因滲水原因，堤身土壤含水量過大，導(dǎo)致渠堤邊坡失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡，影響渠道堤坡穩(wěn)定及輸水安全。

2 歷年處理措施及問題的提出

1993年昭平臺灌區(qū)北干渠0+850—1+350渠段左岸護(hù)坡產(chǎn)生滑坡，昭平臺水庫管理局隨即對滑坡進(jìn)行了處理。由于對堤身滑坡原因認(rèn)識不充分，又沒有行之有效的堤身土壤含水量降低的措施，只是對滑坡段進(jìn)行恢復(fù)和襯砌處理，沒有解決堤身土含水量大的問題，該渠段當(dāng)年在停止供水后又產(chǎn)生了滑坡，治理沒有達(dá)到預(yù)期的效果。1998年昭平臺水庫管理局對昭平臺灌區(qū)北干渠0+000—1+650段沙河段進(jìn)行防滲及滑坡專項(xiàng)治理。治理方案只是在原干砌石表面新澆筑一層10 cm厚的混凝土作為防滲層解決渠道滲漏問題，但堤身滑坡的問題仍沒有解決。

由于非灌溉輸水期渠外地下水位高，渠道內(nèi)外水壓力差大，堤身土含水量大，容易產(chǎn)生滑坡，如何消除渠道內(nèi)外水壓力差和堤身土含水量大的問題是解決渠道滑坡的關(guān)鍵。

3 原因分析

3.1 堤身材料

該渠段橫穿沙河老河床，為半挖半填渠段，地面以下挖方深度為2.50m，渠道基礎(chǔ)土質(zhì)為沙礫石，渠堤堤身為當(dāng)?shù)夭牧先劳粒吰聻楦善鍪o(hù)坡，渠底在回填的粘土上砌筑干砌石。

3.2 渠道內(nèi)外水位影響

3.2.1 灌溉輸水期渠道主要問題為渠水滲漏損失嚴(yán)重

渠內(nèi)水位高于渠外水位，渠內(nèi)水向外滲漏，該段渠道建在沙河老河床上，基礎(chǔ)為沙礫石，渠道滲漏嚴(yán)重，該渠段實(shí)測輸水滲漏損失達(dá)8.90%。

3.2.2 非灌溉輸水期渠道主要問題是堤身失穩(wěn)滑坡

由于該段渠道建在沙河老河床上，基礎(chǔ)為沙礫石，沙河老河床地下水豐富，地下水位高于非灌溉輸水期渠底高程，形成渠外地下水向渠內(nèi)滲透水頭差，渠外地下水在該壓力差作用下，使堤身土壤含水量飽和或過飽和，渠道堤身填土的土顆粒內(nèi)摩擦角達(dá)到或超過臨界值，在重力作用下失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡，影響堤身運(yùn)行安全及渠道正常輸水。

4 解決辦法

對于如何處理好防滲與防滑坡問題，技術(shù)人員進(jìn)行了多次現(xiàn)場勘察研究，但一直沒有很好的解決辦法。后來請教了全國渠道防滲方面的專家，專家建議采用混凝土襯砌解決滲漏，利用單向逆止閥解決堤身土的排水，并防止渠道輸水時的滲漏。根據(jù)專家建議以及之前該段防滲處理的經(jīng)驗(yàn)，確定采用在原干渠干砌石襯砌的基礎(chǔ)上，新澆筑一層10 cm厚C15混凝土作防滲層解決渠道防滲問題，利用單向逆止閥排滲，降低堤身填土的含水量，減小渠內(nèi)外水位差，解決堤身滑坡的問題。

針對該渠段堤身土質(zhì)透水性強(qiáng)、穩(wěn)定性差、滲水量大的特點(diǎn)，結(jié)合專家意見及確定的解決辦法，查閱了逆止閥的有關(guān)資料，未找到適合本渠段特點(diǎn)的逆止閥。當(dāng)時逆止閥僅有適合小滲量，直徑在10 cm以下的塑料球形逆止閥，此類逆止閥適用范圍較小，且易老化、壽命短，無法采用。

由于施工工期要求緊，又無合適的定型逆止閥，決定自主設(shè)計(jì)適合該渠段的逆止閥。設(shè)計(jì)思路為：灌溉輸水期渠道內(nèi)水不允許向外流動，非灌溉輸水期堤身土壤水可以向渠內(nèi)排除。經(jīng)對比研究，確定采用灰生鐵的長方體可拆裝逆止閥。其組成部分為：前擋網(wǎng)桶、后檔網(wǎng)桶、孔板、拍門、止水橡皮等（詳見圖1）。前擋網(wǎng)桶主要功能是防止迎水面污物進(jìn)入及人為破壞；孔板與拍門間加止水橡皮組成逆止閥的核心。后檔網(wǎng)桶為防止反濾層濾料進(jìn)入逆止閥而堵塞滲水通道而設(shè)置。非灌溉輸水期，堤身滲水流向渠內(nèi)時，閥瓣靠滲水推力開啟，排除渠道堤身滲水，起到空滲、防滑坡的作用；灌溉輸水期，渠道輸水時，渠內(nèi)水壓力大于堤身滲水壓力，閥瓣由于壓力差降落在閥座上，閘閥關(guān)閉，防止渠內(nèi)水向外流失，起到防滲的作用。

5 逆止閥的安裝施工

5.1 逆止閥的制造

逆止閥由工廠用灰生鐵鑄造，在加工廠一次加工成型。

5.2 逆止閥的安裝

在澆筑混凝土護(hù)坡前，沿坡面布置兩排逆止閥，第一排逆止閥布置在距坡腳50 cm高處，第二排布置在渠道正常水位以下50 cm處，同排逆止閥間距為5m，上下排逆止閥位置錯開均勻布置。滑坡嚴(yán)重渠段由于滲水量大加裝一排逆止閥，間距仍為5m，并上下排錯開安裝。逆止閥迎水坡斜面與混凝土護(hù)坡面在同一平面上，逆止閥背后設(shè)反濾層。詳見圖2。

圖1 逆止閥原理圖

6 逆止閥在工程運(yùn)用中的效果

6.1 防滲效果

經(jīng)多次采用流量實(shí)測對比，該渠段防滲效果良好。在該渠段未防滲前，每遇渠道輸水，臨渠的村莊地下水位即上升2～3m，渠道右岸稻田則積水80～100 cm。渠道防滲后，經(jīng)現(xiàn)場檢查，稻田沒有積水了。沿渠的村莊村民反映，水井水不再因渠道輸水升高了，大部分村民不得不重新把井下挖1～2m來保證用水，這也從側(cè)面說明了該渠段的防滲效果比較顯著。

6.2 排水效果

自工程建成后該段渠道一直運(yùn)行正常，到目前為止，再沒有出現(xiàn)過堤身滑坡的現(xiàn)象，表明逆止閥在排滲滑坡處理中效果顯著。2010年渠道停水期檢查，逆止閥可以正常向渠道內(nèi)排水，經(jīng)逐個檢查，大部分逆止閥閥瓣仍開合靈活，能正常工作，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的功能。灰生鐵逆止閥雖然堅(jiān)固且不易生銹，但需每年非灌溉輸水期檢查全部逆止閥閥瓣開合是否靈活，能否正常排水。