胶东调水输水明渠衬砌水毁原因分析与修复

2014-01-29王兵

中国水利 2014年14期

王兵

（山东省胶东调水工程莱州管理站，261400，莱州）

胶东调水输水工程是南水北调东线工程的支线，西起东平湖，东至山东威海米山水库，全长688km。其中明渠长540km，其内坡衬砌结构主要有两种型式：一是预制混凝土板+土工膜+保温板结构型式；二是现浇混凝土板+保温板结构型式。为保证衬砌结构在地下水作用下的稳定性，对地下水水位较高的渠段，在衬砌结构下坝脚处埋设内排水设施，防止衬砌结构鼓胀破坏。具体布置是在渠道两侧靠近坡脚处设置暗管集水，每隔一定间距设一逆止式排水器。当地下水水位高于输水渠水位时，地下水通过排水暗管汇入排水器，逆止式阀门开启，由出水管排至输水渠内，以降低地下水水位，减少扬压力；反之阀门关闭。2013年汛期强降雨过后，衬砌结构在渠底和内坡坝脚出现较大面积鼓胀破坏，给明渠工程带来较大损失。技术人员对工程现场进行了详细勘查，对水毁原因进行了深入分析。

一、衬砌结构破坏情况及原因分析

1.衬砌结构破坏情况

2013年7月1—23日，烟台市发生历史罕见的持续强降雨，其中莱州市最大，月累计平均降雨量528 mm，超过了有历史记录的1953年，达到百年一遇。由于长时间、高强度降雨，地下水水位急剧上升，超过工程设计时所采用的地下水水位，衬砌结构内外水位差增大，造成部分渠段衬砌结构下的扬压力过大，明渠渠底和渠坡内坝脚衬砌结构出现大面积鼓胀和毁坏，特别是111标段43+100～44+700渠段1 600 m的范围内，渠底衬砌板产生鼓胀变形破坏，两侧渠坡预制衬砌板全部滑落。115标段61+150～61+450渠段300 m范围内坝脚现浇衬砌板鼓胀、断裂。其他渠段渠底和渠坡内坝脚间隔不等距离出现局部衬砌板鼓胀现象。

2.内坡破坏成因分析

（1）洪水超设计防洪标准

胶东地区引黄调水工程明渠段输水线路两侧大部分为地势左低右高，输水工程实施后，水渠的右侧积水通过工程排水沟汇流后，通过穿渠倒虹、涵洞或渡槽型式导入左岸排水系统。设计标准采用10年一遇排涝标准，排水沟设计流量采用10年一遇3小时平均流量。由于7月强降雨为历史罕见的特大暴雨，洪水标准远超工程设计标准，多数渠段地下水水位超历史最高地下水水位。受渠道右侧排水沟排涝规模的制约，渠道右堤外侧大面积积水，最高积水深度在地面以上2 m左右，没有设置内排水设施的渠段，由于衬砌结构的不透水性，造成衬砌结构下的扬压力过大，产生了扬压力破坏。

（2）排水系统排水不畅

根据现场勘查，渠外排水沟存在不同程度淤积，有的地方被截断，穿渠排水建筑物淤积严重，甚至被堵死，造成排水不畅，增大了渠道外坡积水深度。

（3）渠内没有及时蓄水增压

由于工程刚刚建成，缺少有经验的管理人员，降雨期间没有及时关闭各闸站闸门以壅高渠内水位，使渠道内外水头差增大。根据测算，若关闭各闸站闸门，自然降雨量可使渠道内积水深度达到0.93～2.49 m，可减小渠道内外水头差，有效地缓解扬压力对衬砌混凝土板的破坏程度。

二、工程修复方案

1.衬砌结构修复

本次衬砌结构破坏的渠段均没有埋设内排水设施，本次修复增设内排水措施。内排水系统由集水暗管、反滤土工织物、集水箱和出水管组成。集水暗管采用Φ150的塑料排水盲沟，外面包裹200 g/m2的土工布，集水箱采用逆止式排水器，出水管采用管径为6 cm或8 cm的硬质聚乙烯塑料管。

（1）预制混凝土板衬砌修复

拆除破坏的衬砌混凝土板、保温板、土工膜、封顶板，在内坡坝脚部位埋设内排水设施，整平坝坡后自下而上依次重新铺设保温板、土工膜、土工布和混凝土板。混凝土板为预制六边形混凝土板，边长为38.0 cm，厚 6 cm；土工布规格为200g/m2，聚乙烯土工膜厚度为0.4 mm，土工膜下铺设聚苯乙烯保温板，保温板厚度3 cm。封顶板采用C20预制混凝土板，尺寸为50cm×8cm。

（2）现浇混凝土板衬砌修复

拆除破坏的衬砌混凝土板、保温板、封顶板，内坡坝脚部位埋设内排水设施，整平坝坡后铺设保温板，然后现浇厚混凝土。混凝土强度等级采用C30，现浇混凝土板厚10 cm。封顶板采用C30现浇混凝土板，尺寸为30 cm×8 cm。现浇混凝土板衬砌的渠段每4.2 m设横向伸缩缝一道。

2.疏通排水沟和排水建筑物

对淤积的排水沟和堵塞的穿渠排水倒虹、渡槽、涵洞进行彻底清理疏通，及时排走积水，以降低渠道外水位和堤坝内含水量，减小渠道内外水位差，保护渠道工程安全。

3.施工技术要求

（1）衬砌结构拆除

拆除水毁的衬砌板时，要轻拿轻放，避免破坏已安装的复合土工膜，拆除水毁的现浇衬砌板时，要避免破坏未水毁的衬砌板。

（2）渠道内坡整平

拆除衬砌结构后，要对基面进行整平、压实，压实度不小于0.95；严格按照设计及相关规范要求施工，平整度误差不得大于±2 cm。

（3）保温板铺设

渠道整平后，重新铺设保温板。保温板摆放要整齐，铺设要满足设计尺寸要求，不得出现漏铺现象；施工过程不得人为踩踏保温板和放置重物，以免造成保温板断裂，破坏保温板的整体性，影响保温效果。

（4）防渗层铺设

铺设土工膜前要展开复合土工膜，检查是否有漏水点，对漏水点进行补漏；铺设完成后，对割开的土工膜进行焊接，焊接宽度应满足规范要求；土工膜、土工布应自然松弛于支持面贴实，不得出现褶皱、悬空的现象。

（5）混凝土衬砌板

①现浇混凝土板:混凝土设计龄期的抗压强度、抗冻、抗渗检测均应满足设计要求；避开高温、负温、多雨、大风的天气条件浇筑。砂石骨料应严格控制含泥量，石料中含泥量不应高于1%，砂料中含泥量不应高于3%，并不得含有黏土团块；混凝土拌和要严格按照事前批准的试验配合比执行；施工过程中应对混凝土坍落度每4小时检测1～2次，混凝土坍落度严格控制在允许坍落度4～6 cm以内；混凝土摊铺要均匀，振捣要密实，表面要平整光洁。

②预制混凝土板:预制混凝土板要平整，严格按照设计及相关规范要求施工，坡面误差不得大于±0.5 cm，板下严禁用小石子、中粗砂找平；板与板之间缝控制在1.5～2.5 cm之间。

（6）伸缩缝施工

衬砌板分缝宽度要均匀，伸缩缝切割要顺直，缝宽度和深度均应满足要求；填料填充前要对伸缩缝进行清理，清除缝内的灰末及松动混凝土余渣等杂物；新配置的胶料不得与剩余胶料混合使用。

（7）内排水设施

集（透）水管插接要紧密，土工布包裹要严密，搭接长度要满足设计要求，不得出现漏包或搭接长度过短的现象；铺设要顺直，严格按要求比降施工；集（透）水管周围，用中粗砂填实；逆止式排水器安装要求排水孔中心与集（透）水暗管中心垂直，排水器安装要牢固、排水要通畅。