长距离混凝土预制板渠道破坏形式及应对措施

2015-08-19章再兴新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局

河南水利与南水北调 2015年18期

□章再兴（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局）

1 工程概况

北疆供水渠道工程，渠道全长133km，渠道横断面形式为梯形断面和弧形底梯形断面，渠道底宽为4m，渠道边坡比1:2，渠道纵向坡降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 研究任务

北疆供水渠道工程已经运行15a，渠道产生多种破坏形式，输水渠道产生破坏后，能够引发安全事故，每年增加岁修工程量和工程费用，而且给输水工程管理带来很多麻烦，使渠道输水效益变小。因此不管是从工程运用的实际情况出发，还是从经济效益方面出发，输水渠道破坏研究都是很有实际意义的。要彻底解决渠道破坏问题，需要研究渠道破坏的根本，分析渠道破坏的原因，从而寻求针对性的应对措施。

3 工程地质

北疆供水渠道工程为老第三系地层属内陆湖泊沉积，岩相变化较大，沉积有较多的泥岩和砂质泥岩，根据试验成果，泥岩、砂质泥岩大部分属于中等膨胀岩，个别达到强膨胀岩。

强膨胀岩以杂色、红紫色泥岩为主，岩体中裂隙十分发育，裂隙长一般<3m，裂隙面光滑有擦痕，产状紊乱。泥岩遇水膨胀对渠道混凝土衬砌可能造成损害，是本工程的主要工程地质问题之一，需采取工程措施，保证渠道安全的运行。

4 渠道形式

为了改善渠底混凝土板受力条件，渠道断面采用圆弧形底梯形断面，圆弧半径为8.47m。弧形部分采用现浇C20 混凝土衬砌，厚度10cm。另外全线坡面上预制混凝土块厚度由初设的5cm 增加为6cm。上述断面结构设计，总的看可以减轻渠道冻胀危害，有利于北疆供水渠道工程输水运行的安全。

5 北疆供水工程渠道的破坏类型及处理方法

5.1 常规破坏

5.1.1 渠道基础泥岩膨胀破坏

由于渠段广泛分布着中强膨胀性泥岩，膨胀裂隙吸收大气降水或渗透水作用，导致泥岩体结构面强度降低，引起膨胀，造成衬砌和混凝土板变形。渠道岩胀变形处理，拆除被破坏的衬砌混凝土六角板，对鼓起的泥岩按照设计坡比削平，然后重新衬砌，恢复断面结构。

5.1.2 渠道衬砌板“水胀”破坏

5.1.2.1 渠道塑膜的铺设

防渗塑膜是北疆供水渠道工程的重要防渗设施。在铺设防渗塑膜之前，膜下砂浆上须清扫干净；禁止施工人员穿硬底鞋及带钉鞋，渠底和坡面禁止将硬物（如预制混凝土板等）放置于土工膜上；坡顶以上土工膜应整齐卷好，并在覆盖后压紧。

5.1.2.2 防渗膜的拼接

北疆供水渠道工程防渗塑膜采用PE 系列土工防渗塑膜。防渗塑膜的铺设、拼接、焊缝质量检查等必须严格按照国家规范的要求进行施工。

5.1.2.3 采取有效的排水措施

北疆供水渠道工程排水体采取的设计原则有，每一层排水料不可以穿过较大一层排水料的孔隙；每一层的排水料颗粒不应发生位移；被保护渠堤填筑料不可以被排水体被带走，排水体内的空隙不可以被阻塞。排水体材料可以因地制宜就地取材，经筛分配制而成，其各层粒径之间应满足的层间关系要求，即

式中：d40—较小颗粒的排水料，该排水料占全部的40%；D60—较大颗粒的排水料，该排水料占全部的60%。

5.1.2.4 科学调度

科学调度也是减少水胀破坏发生的有效手段之一。减水时渠内水深24h 降幅≤30cm，这样可以预防“水胀”破坏的发生。

5.1.3 渠道渗漏破坏

输水渠道的渗漏处理：一是选择渠堤外坡土工织物反滤排水设计：可以在输水渠道的外边坡有渗漏的部位上铺设土工布反滤排水体，土工布选用涤纶长纤针刺无纺布，土工布的厚为4.20cm。边坡段采用2 层土工布折叠铺设，水平渠堤段采用3层土工布折叠铺设，铺设的面积必须大于渗漏出流的润湿面积，在渠道边坡上铺设的高度要高于渗漏出流点1.50m 处，水平渠堤段铺设长度为4m，然后用和渠堤填筑料相同的涂料对土工布进行压重，渠道边坡压重土体宽度1m，厚度1m。二是在渗漏位置设置反滤排水体：在输水渠道外边坡渗水部位设置反滤排水体，然后按照规范要求将粒径级料填筑密实，一层填厚20cm，顶部高于渗漏点1.50m，宽度1.00m，排水体外边坡为1：1.75，用和输水渠道填筑料相同的填筑料覆盖，渠道边坡覆盖宽度1.10m，水平渠堤段覆盖土体厚度0.20m。三是排渗沟渠排渗：根据输水渠道外坡脚渗水部位现场实际情况，计划采用导渗沟导渗。

5.1.4 “冻胀”破坏

北疆渠道供水工程很大一部分的渠段为整体开挖或半挖半填断面，“冻胀”破坏的重要因素为渠道渗漏所导致，渠堤两侧的地势较高，不容易设施横向自流排水，由于渗水排不出渠堤，从而到每年冬季就会发生“冻胀”破坏，将预制板结构损坏。

“冻胀”造成局部混凝土预制板结构破坏的部位。输水渠道通水前，将衬砌结构拆除，对局部破坏位置，按照原设计进行修复。

5.1.5 冻融破坏

因渠道沉降变形、局部鼓胀破坏，造成渠道积水，或因渗漏水无法排除等因素造成渠道混凝土衬砌构件含水率较高，导致混凝土衬砌构件发生冻融破坏，骨料外露现象。

将冻融破坏严重，影响渠道运行安全的部位的混凝土构件拆除重新衬砌。现浇、预制混凝土构件时，加入相应比例的粉煤灰，可提高其抗冻性。

5.2 典型破坏

5.2.1 渠道滑坡破坏

由于北疆渠道供水原始地质是由泥岩组成，泥岩中参杂蒙脱石，当蒙脱石含量在7%以上时，渠基岩土呈现出胀缩特征，且蒙脱石含量越大，产生的胀缩率也就越大，对渠道的危害也越严重。

根据膨胀岩的特性，渗水是导致其产生膨胀力的主要因素。北疆供水渠道工程的膨胀岩湿水有两个来源：一是渠道内水外渗进入塑膜后，一方面使渠道边坡泥岩产生了膨胀力，对渠道衬砌板产生顶托作用，另一方面造成渠道基础泥岩的强度及承载力的降低，形成软弱地基；二是大气降水及融雪水。因此，泥岩湿水是滑坡产生的先决条件，加之卸荷，从而导致了滑坡。

5.2.2 处理措施

一是在现场开挖滑坡体时，发现有相当一部分滑体位于渠道边坡中部，如果只是将这部分滑坡体挖出换填，虽说在一定程度上解决了问题，但是随着时间的推移，换填的这部分砂砾料反而成为了潜在的滑坡体。二是避免了拆东墙补西墙，补了又拆的做法，既从根本上解决了泥岩的冻胀和膨胀问题，又避免了因局部小范围换填所带来的隐患。三是渠道所在区域最大冻土深度1.50m，且地下水位埋深较大，泥岩分布也较广、较深。经计算换填厚度边坡在1.20-1.40m 之间，渠底在1.00m 左右，综合考虑施工工期、进度、质量等方面的因素，确定了换填厚度：边坡1.50m，渠底1.00m。

5.2.3 局部衬砌板鼓起部位的施工

一是将鼓起或脱落部位的衬砌板拆除，堆放整齐，待用；二是拆除原有的防渗土工膜，然后将鼓起的岩土按设计坡比1：2修整削平；三是铺设新的防渗土工膜，并进行牢固的焊接；四是最后进行预制板的衬砌，恢复渠道断面结构。

经观测，北疆供水渠道工程通水运行后，几年来处理后的渠堤稳定，很少发生重复滑坡破坏，能够满足渠道运行安全的要求。