南水北调输水土渠常见病害及修复方案

孙元文，王 榕

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南250109）

南水北调山东干线胶东局输水渠道位于南水北调东线工程东西线末端，由胶东局负责具体管理，下辖两个渠道管理处，分别管理全断面衬砌段渠道和土渠段渠道。入小清河分洪道涵闸末端至引黄济青上节制闸，长34.575 km，是土渠，其中新开挖土渠长29.175 km，渠底宽14 m，边坡1∶3，利用小清河分洪道子槽为半混凝土衬砌段（渠坡衬砌，渠底不衬），输水渠道长5.40 km，渠底宽38 m，边坡1∶3。输水渠道设计流量为50 m3/s，加大流量为60 m3/s。沿线建设各类交叉建筑物323 座，其中，节制闸、分水闸、泄水闸等20 余座。本文对胶东局34.575 km 土渠运行时发生的病害、日常维修养护和输水调度运行要点，进行了研究与探讨。

1 土渠病害情况及原因分析

土渠的病害形式多种多样，主要有冲刷、淤积、渗漏、沉陷、坍塌、裂缝等。经过5 年来的输水运行，胶东局土渠段常见病害情况如下：

1.1 土渠病害情况

1）渠坡坍塌破坏。土渠自运行以来，共发生了6 处较大的渠坡坍塌破坏现象。土渠段的渠坡坍塌是局部坍塌，左右岸均有，长度约100～200 m，宽度约3～8 m，形成上陡下缓的坡面，改变了原来梯形断面的形态。2019 年台风强降雨影响，发现渠堤垂直渠道裂缝一处，裂缝最宽处约10 cm，深约1.5 m 左右。另外半坡衬砌段发生过多处护砌混凝土板下渠床掏蚀现象，造成护砌板架空、下滑甚至断裂。

2）坡面雨淋沟破坏。雨季土渠边坡的雨淋沟较多、较深。尤其是遇到强降雨时，会造成大的雨淋沟。大雨淋沟长15～20 m，宽1～2 m，深约1 m。

3）渠道水流冲刷破坏。输水水流对渠坡侵蚀，尤其在土渠段的节制闸下游，两侧渠坡冲刷比较严重，在水位变化区形成局部形成长约20～28 m，宽约1～2 m，深约1 m 的冲沟。

1.2 土渠病害原因分析

1）渠坡坍塌破坏。土渠渠坡局部发生坍塌破坏，经现场查勘和对照设计资料分析，均是渗流破坏，主要的原因：一是土质问题，严重的边坡坍塌主要发生在粉砂壤土处，土体黏粒含量少、粉粒多；二是地下有软弱土层或流砂；三是渠道内外水位不平衡，渠道外地下水位过高，地下水自土渠边坡腰部逸出，地下水位线以下的土壤处饱和状态，粘结力大为降低，极易滑坡下塌，地下水位线以上的部分因失去支撑而自然坍塌。地下水位愈高，地下水逸蚀作用愈强，渠坡越易滑塌。渠堤裂缝经现场查勘，也是渗流破坏，垂直渠道裂缝不远处上下游已形成细小的裂缝，有可能进一步形成滑坡体。半坡衬砌段护砌混凝土板下渠床掏蚀机理同上。

2）坡面雨淋沟破坏。经现场查勘主要是地面水冲刷，雨水从堤顶向土渠内汇流，形成严重的冲刷，造成水土流失影响。

3）渠道水流冲刷破坏。由于渠道内水的浸润，浸蚀，边坡极易冲刷塌陷，特别是水位变化时，使土体自重和土体剪应力增加，水面附近和水面以下土体最易冲刷破坏。

2 土渠修复方案

2.1 渠坡坍塌修复

根据现场实际情况，对护坡进行修复加固，渠坡坍塌部位采取渠坡土体修复和浆砌石护坡或干砌块石护坡两种处理方案。

1）渠坡土体修复。浆砌石护坡前，先行按照原设计断面对渠坡进行修复处理。将坍塌段土体清除，开挖自设计渠底坡脚起向外侧开挖，为与原状土进行良好衔接，先将松散的塌坡土清理至密实的原状土，然后呈台阶状开挖，台阶宽1.0 m，高0.5 m；修复填筑段沿渠堤纵向应与上下游相衔接，衔接时参照渠坡开挖形式开挖为台阶状，且总体坡度不陡于1∶5。挖除的虚土层土料混合后，重新填筑，实施时应干场施工，保证渠坡填筑压实度不小于0.96，应通过工艺性试验确定施工控制指标，并进行填筑指标检测。

2）浆砌石护坡。浆砌块石护坡主要用于连续坍塌渠段。为保证土体填筑质量，渠坡填筑时，应根据设计渠道断面填筑，人工削坡0.4 m，然后进行浆砌石护坡施工。浆砌石护坡结构自上而下依次为：M10 浆砌石、10 cm 厚碎石垫层、300 g/m2土工布。浆砌石厚度0.3 m，边坡1∶3，浆砌石下采用M10 浆砌石齿墙，齿墙尺寸0.5 m×0.8 m（宽×高），顶部采用M10 浆砌石压顶，尺寸为0.5 m×0.5 m（宽×高）；浆砌石护坡每10 m 设置一道伸缩缝，缝宽2 cm，缝内上部2 cm 厚填充沥青砂浆，下部填塞闭孔泡沫板。

3）干砌块石护坡。干砌块石护坡主要用于局部渠坡底部坍塌的不连续凹坑的处理。干砌块石护坡前先将坍陷的虚土清除至原状土，自上而下的顺序为：顶部坡面采用干砌块石，厚度0.3 m；坡脚处设深0.5 m 宽0.5 m 的干砌块石齿墙基础。所用石料单块石料重量不小于20 kg，防止冲移串通，并保证坡面尽量平整。干砌石下采用10 cm 厚级配碎石垫层，粒径5～20 mm，压实整平，下面铺设300 g/m2土工布反滤。

4）渠堤裂缝处理，将似形成的滑坡体全部挖除，按照上述土方施工方法进行回填压实。半衬砌段护砌混凝土板破坏，土方回填压实同上，混凝土板施工按照原设计要求恢复。

2.2 坡面雨淋沟修复

首先将雨淋沟的虚土清除至原状土，然后分层回填夯实。对大的雨淋沟，注意要适当开蹬，以利新旧土体结合。

2.3 渠道水流冲刷坡修复

渠道水流冲刷破主要集中在节制闸下游，将节制闸下游浆砌石防冲段延长，采用浆砌石护坡修复，浆砌石护坡施工方法大致同渠坡坍塌浆砌石护坡施工。

3 渠道维修养护与调度运行管理

3.1 土渠维修养护要点

及时检查维修渠道堤顶两侧土埂是否完好，能否起到挡水作用；加强坡面草皮的养护，防止出现大的雨淋沟和延缓自然侵蚀；在塌坡比较严重的流砂段，可用黏土护坡，即在渠道边坡的下部，地下水出逸的部位，从渠底起顺着渠坡，铺砌0.3～0.5 m 厚的黏土层，一般宽2～3 m。

3.2 土渠调度运行要点

控制好流速和保持渠道水位稳定。根据胶东局渠道多年运行经验，选定土渠流速小于0.5 m/s为宜，此时渠道基本没有冲刷。渠道运行水位一般高于渠道外侧的地下水位10 cm。胶东局土渠段渠道右侧为小清河，渠道左侧为支脉河，输水运行时，尤其汛期，当小清河水位升高、支脉河水位升高时，渠道水位不能较低，应保持高水位运行。故工程运行时，应根据外水水位、地下水水位情况，对渠道水位实施控制，保证渠道内水位高于地下水位或与地下水位基本持平，避免渠道内外形成较大的水位差。