韩墩灌区衬砌工程现状引发的思考

吴士刚，孙黎强

（滨州市韩墩引黄灌溉管理局，山东 滨州 256600）

韩墩灌区总控制面积15万hm2，承担着沿线15个乡镇的农业用水、工业用水及60万居民群众的生活用水。1988年9月对灌区工程进行了较大规模的改造和提高。1990年和1991年分两期对总干渠进行全断面防渗、边坡混凝土板衬砌，并加大比降。工程运用后输水能力提高到60.0 m3/s，同时输沙能力也得到了提高，减少了清淤费用的支出。但是随着工程的运行，边坡衬砌混凝土板的坍塌、隆起情况逐年严重而开始进行维修。

1 渠系衬砌边坡破坏原因分析

渠道断面为梯形断面，边坡1∶1.5，全断面铺塑防渗，边坡塑布与混凝土预制板间设有20 mm厚的土垫层，再衬砌混凝土预制板，用于找平混凝土预制板坡面和隔离二者直接接触，防止塑布被损坏。经过多年的观察，发现破坏主要发生在边坡底部的三行板，雨季和冬季尤为厉害。通过对多处破坏断面进行解剖分析，得出结论：造成渠道衬砌边坡破坏的主要原因是冻胀破坏和地下水的侧向应力作用。由于近年来灌区的冬季引水任务较重，带冰运行时有发生，加之时断时续通水的影响，使冻害呈加剧发展状态。在此期间，衬砌边坡由于冻胀、消融作用，造成刚性衬砌体适应拉伸变形或不均匀沉陷能力差而引起的破坏最为突出。这使渠道在输水过程中会有一部分水量渗漏到渠基土中，不仅造成严重的水量损失，而且致使地下水位抬高。同时干渠的中下游为半地下式，在雨季渠底与地下水位线的高差较大，由于衬砌边坡采用防渗塑布，地下水无法排除坝体，在渠道不输水的情况下，出现了内外压力差，长此以往使得衬砌边坡发生变形破坏。

2 应对措施

2.1 提高衬砌砌体性能

提高预制板用混凝土的强度、抗渗、抗冻要求。本灌区采用混凝土强度等级C25，抗冻等级F100，抗渗等级W8；增大预制板尺寸减少缝的数量，勾缝混凝土的强度采用C30增强其黏接力，坡面材料的均匀性有了较大的提高，增加坡面下部预制板的厚度。提高预制板砌体自身重量、抗拉强度低、适应拉伸变形或不均匀沉陷的能力。

2.2 采用新型材料

1）复合土工膜。复合土工膜由无纺土工布和土工薄膜两种材料复合而成，它集中了两者的优点：一方面土工膜隔水防渗；另一方面土工布可以保护土工膜免遭尖锐物刺破，还可以因土工布的排水作用，排出膜后的渗透水，防止膜被水和气抬起而失稳，同时可以提高与接合物之间的摩擦系数。韩墩灌区试验段可以发现，采用了复合土工膜使得渗漏量大大减少，防止冻胀破坏效果明显。2）聚苯乙烯泡沫保温板的应用。考虑冬季运行水面附近部位混凝土板防冻胀的需要，在渠坡及渠底使用厚30～50mm的聚苯乙烯泡沫板做为保温层，以防止板下土基发生冻胀。灌区根据试验研究的成果，从2013年在韩墩五干渠道防渗工程中使用聚苯乙烯泡沫保温板，保温防冻胀效果良好。

2.3 采用新的衬砌形式

1）浆砌石混凝土预制板复合衬砌形式。韩墩灌区在反复出现冻胀破坏的区段进行浆砌石替换混凝土预制板的实验，具体实施方案是：衬砌护坡上部采用C25混凝土预制板，下部三行板换用300 mm厚的M10浆砌石；砌石下铺厚度100 mm粗砂，预制板和粗砂下铺300 g/m2土工布；并在距齿墙0.4 m、0.8 m处分别布设φ50 mmPVC排水管，其纵向间距为1 m。浆砌石避免了混凝土预制板自重轻、稳定性低、抗冻性差的缺点，在实际的应用中取得了较好的抗冻胀效果。2）联锁砖混凝土预制板复合衬砌形式。韩墩灌区也尝试性的采用了连锁砖替换混凝土预制板的实验，并积累整理了部分施工经验：采购时要严格控制联锁砖的强度等级、抗冻等级、单块的规格尺寸和重量等性能指标，以保证联锁砖的质量；在冬季结冰范围内不宜使用带孔的联锁砖，而应使用实心联锁砖，这是由于联锁砖受自身结构孔的的限制，不宜改变冰推力的方向，向两岸伸展的冰推力可直接导致联锁砖的剪切破坏；对混凝土齿墙的稳定性和施工标准都提出了更高的要求。联锁砖砌体可以互相嵌锁，形成一个稳固的整体，能够适应一定的坡面沉降变形而不破坏其整体性，和浆砌石做相比，在工程造价、质量控制、施工进度上都有一定的优势，可以加大应用推广。

2.4 完善渠道的日常运行管理

韩墩灌区近几年的引水天数都在300 d以上，切实做好冬季引水工作是减少或防止渠道冻胀的关键时期。堤顶养护过程中要保持顶面外侧要洼一些以便使其雨水排向坝外，同时要注意封顶板以上部分土坡植树种草以保护土坡和防止雨水流入板后；引黄渠道梯形断面两底角部分如有少量淤土可以适当保留，它对保护底角稳定和防冻是有好处的；做好渠道日常养护、安全检查和维修工作，及时清除渠道中杂草等阻碍物，建立经常检查、定期检查和特别检查的检查制度，按照经常养护、随时维修、养重于修、修重于抢的原则，使渠道得到及时维修，确保正常运行。