东平县戴庙灌区北总干渠设计施工浅析

王周奇，赵春生

（1.水发规划设计有限公司，山东 泰安 271000；2.泰安市水利勘测设计研究院有限公司，山东 泰安 271000）

东平县引黄灌区农业节水工程属于重点中型引黄灌区工程，戴庙引黄灌区位于东平县西南部，兴建于1965年4月，渠首引水闸位于梁山县国那里村北黄河大堤上，闸有3孔，设计引水流量45m3/s。灌溉东平、梁山两县农田，原设计灌溉总面积1.4万hm2，东平县境内设计灌溉面积0.7万hm2，有效灌溉面积0.3万hm2，涉及戴庙镇、商老庄乡72个村庄，5.6万人，配套骨干渠道18.7km，渠系建筑物55座。后因行政区划调整后东平县戴庙引黄灌区引水闸位于梁山干渠引水闸左岸，主渠道起点引水闸，闸底板高程约为38.86m，主干渠总长度为13.3km。

1 项目概况

项目主要建设内容包括骨干渠系工程、末级渠系工程、田间工程、信息化计量等。戴庙灌区引水北总干渠路线被《山东省泰安市东平县水系连通及农村水系综合治理实施方案》（水利部办公厅 财政部办公厅关于公布2022年水系连通及水美乡村建设试点县名单的通知办规计〔2021〕334号）项目推荐为东平县水系连通项目的引水线路，选择的取水口为国那里引黄闸（灌区取水闸），水系连通项目设计引水流量20m3/s，采用闸孔控制过流。

戴庙灌区引水北总干渠以国道220为界分为两段，已建段和新建段。国道以西部分桩号K0+000～K4+900已建引水渠道共长4.9km，已建渠道部分需进行扩建加固长1.1km，部分进行加高加固长3.8km才能为《东平县水系连通及农村水系综合治理实施方案》项目利用；国道以东再经1.4km由已有土渠改建而成的防渗渠道，最后从东平湖二级湖堤桩号7+750处拟建入湖闸自流进入东平湖，此处新建入湖闸（不包括在本项目内），共建渠道长6.3km。水系连通项目已获批复通过，并于2022年实施。

本次引水北总干渠新建段起点桩号为国道以东桩号K4+900已建节制闸为起点，终点为原主干渠终点，即本次引水北总干从K4+900开始，至K13+406.6结束。设计清淤防渗8.5km（桩号4+900～13+406段），起点高程为38.16m，终点高程为36.11m。灌区渠道设计流量9.50m3/s即可满足灌区灌水需求，但是结合水系连通项目，需借用本次防渗渠道K4+900～K6+570段作为水系连通引黄补湖工程的引水渠道，因此本次引水北总干渠K4+900～K6+570段在设计时考虑了水系连通引黄补湖工程，渠道设计流量为20m3/s（引黄补湖与灌溉引水时段不同）。本段渠道设计底宽为3.0m，边坡为1∶2.0，纵坡为0.2‰，采用C30现浇混凝土全断面护砌。桩号K6+570～K13+406段恢复原灌区设计流量为9.5m3/s，设计底宽为3.0m，边坡为1∶2.0，纵坡为0.25‰。

2 设计特点

本次新建段主干渠道由于使用性质的不同可分为两段，分别为K4+900～K6+570段和K6+570～K13+406段。其中K4+900～K6+570段为水系连通项目引黄补湖工程的引水渠道，为确保供水水质，减小输水渗漏损失，渠道内外水不允许交换。K6+570～K13+406段为灌溉引水渠道，水质能满足农业灌溉要求即可，渠道内、外水允许交换。

由于主干渠段渠道临近东平湖，地下水位较高，渠道衬砌时，防止地下水位顶托起衬砌混凝土板，根据渠道段使用性质的不同特点采取了不同的措施。经查阅相关设计资料，目前解决防渗衬砌板抗浮稳定问题，主要有两种措施，一种是衬砌采用透水式，使内、外水交换，以基本消除村砌板内外水压力差；另一种是采用渗控方法，减小衬砌板下水压力，以减小衬砌板内、外水压力差，达到抗浮稳定目的。

2.1 内外水不允许交换段渠道设计方案

本次引水北总干渠K4+900～K6+570段为供水渠道，为确保供水水质，减小输水渗漏损失，渠道内外水不允许交换，解决衬砌板抗浮稳定问题只能采用渗控方法。经方案比较和分析论证，设计采取了以渠基排水为主的处理措施，并根据沿线地形条件、水质情况、衬砌型式及地下水位情况，选用了在边坡坡底增设反滤层，采用暗管集水、逆止阀自流的内排措施。除采用上述措施外，对局部地质条件较差渠段，当采用渠基排水措施不能满足要求时，还采取了增加衬砌混凝土板厚度和对渠基采用水泥土换填等处理措施，以满足衬砌板抗浮稳定要求。

引水北总干渠K4+900～K6+570段渠道防渗的具体做法从下到上为：新筑1∶2.0的渠道边坡，边坡底部设500mm×300mm的齿墙，在新筑的渠道土质边坡和齿墙底部全断面铺设复合土工膜，采用一布一膜，布重300g/m2，膜厚0.3mm，铺设时，膜朝下布朝上，同时做好膜的保护措施，边坡和底板均为12cm厚的C25混凝土现浇板。渠道顶部设6cm厚40cm宽的封顶板，间隔3m埋设（长×宽×高）300mm×300mm×500mm的防护网镇墩。同时采用了暗管集水逆止阀自流内排措施临湖侧渠道边坡的横向排水盲沟间距为10m，背湖侧渠道边坡的横向排水盲沟间距为20m，纵向排水盲沟的坡比与渠道相应断面处的坡比相同。在纵横向盲沟的交汇处设置逆止阀，以利于地下水排出。

2.2 内外水允许交换段渠道设计方案

引水北总干渠K6+570～K13+406段渠道为灌溉引水渠道，渠道内、外水允许交换，为解决衬砌板抗浮稳定问题，衬砌采用透水式，使内外水交换，基本消除了衬砌板内外水压力差，同时对边坡起到了抗冲作用。对原设计方案全断面现浇混凝土防渗进行了设计变更，设计采取了以渠坡排水为主的处理措施，并根据沿线地形条件、水质情况、衬砌型式及地下水位情况，渠坡选用了10cm厚的C30干砌预制混凝土板护砌，渠底采用了15cm厚的C30现浇混凝土板的形式，既有利于防止水流冲刷边坡、地下水顶托又有利于地下水补源。

本段渠道采用了预制混凝土板，尺寸为500mm×300mm×10mm。具体做法为（从下到上）：底部设500mm×300mm的齿墙，在新筑的渠道土质边坡和齿墙底部全断面5cm的中粗砂，铺设土工布（布重300g/m2），土工布上铺设5cm的碎石（5～20mm）然后铺设边坡为10cm厚的C30混凝土预制板，齿墙底部设抛石挤淤的方式浇筑混凝土齿墙。渠道护坡采用C30混凝土预制板干砌，板厚10cm，要求采用振捣密实的混凝土预制板。新设混凝土护底间距8.0m设伸缩缝1道，缝内采用闭孔泡沫板填充。干砌预制板之间的拼缝要求不大于3mm。坡面平整度要求用2m靠尺检测凹凸不超过10mm。

3 施工边坡塌陷现状

K6+570～K13+406段主干渠距离东平湖仅为38～225m，东平湖运行高水位达到41.59m，最低运行水位为39.30m。尤其在K6+570～K7+400段（穿桑园村和于王庄村）地面高程为41.08～40.56m，渠道底高程为37.84～37.61m，渠道输水水位为39.48～39.25m，为地下渠；K7+400～K13+406段渠道背水侧地面高程为39.4～37.80m，渠道底高程为37.61～36.11m，渠道输水水位为39.25～37.75m。渠道附近土层为黄河冲积平原，沙性土的渗透系数仅为1×10-3cm/s，当年9月份地下水埋深平均为1.0m左右，11月底地下水埋深一般不大于2.0m。项目开工后，在土方造坡、混凝土板铺设过程中，多处边坡塌陷，造成多次停工、返工处理。边坡塌陷的位置多是已进行完混凝土板铺设后一段时间，才逐渐产生裂缝，并且随着时间的延长，裂缝逐渐加大，最终导致下部几行或整个边坡的混凝土板全部坍塌。同时坡脚处的砌石齿墙也出现不同程度的位移，坍塌严重的齿墙甚至已全部离开原来的位置。边坡塌陷问题发生后，施工单位根据以往的施工经验也进行了初步处理，但效果均不理想。

4 边坡塌陷原因与处理措施

4.1 原因分析

项目法人会同监理和设计施工联合体单位多次现场研究，总结分析出边坡塌陷主要是由于两个因素造成的：一是因为引水渠紧邻东平湖，地下水位高于渠底，水压力较大，边坡压重不够，从而造成边坡塌陷；二是黄河下游平原区特殊的地质造成流沙等现象发生，进而导致边坡塌陷，并根据以上问题提出了相应的处理措施。

地下水位居高不下的原因主要有以下两点:一是渠道排水点少。施工地点位于商老庄乡境内，地势低洼，日常灌溉排水必须通过扬水站提水才能解决，左岸涵闸均为排涵，雨水多时老百姓只能通过排涵向渠道里排水。由于行政区划变更（县界处已筑渠道隔水堤）等原因，致使灌区原有排水系统基本处于瘫痪状态。而整个渠道的现状排水只能通过扬水站与灌溉水流向相反，集中排向三分干与四分干交汇处后再通过柳长河排出，所以导致地下水位下降缓慢。二是本年度汛期雨水较往年次数多、雨量大，也导致了地下水位的升高。另外，边坡塌陷还与土方回填不密实有关。经现场查看，部分边坡塌陷的位置在原有的排水口附近。由于土方回填碾压不够，密实度达不到要求，当地下水位高时，水就从这些薄弱环节渗出，导致沙土液化坍塌。

4.2 处理方案

经参建各方共同研究论证，提出了以下边坡塌陷处理方案:首先是加大排水强度。如果排水强度小于渗流强度，渠道里的水排不出去，地下水位就不会下降。为此工程指挥部要求施工单位尽量利用辖区内灌区原有排灌系统，打通南北排水沟，集中由南北向具有排水、蓄水出路的南北向渠道排水或蓄水。另外要求施工单位要超深超宽挖掘排水沟，并从边坡塌陷处向排水沟挖出横向支沟，以保证超高地下水能顺利排出。其次是对边坡塌陷处进行处理，结合了东平湖周边移民搬迁工程，就近购买拆迁时的建筑垃圾，主要是碎石砖块进行回填，重新造坡，实现了废物再利用，既减少了环境污染，又保证了工程如期完成。用挖掘机将淤泥清除后，先是回填部分建筑碎砖，同时将浆砌石齿墙加大尺寸，以防齿墙位移。然后在表面用块石干砌，最后进行砂垫层及混凝土板铺设。

4.3 实施效果

经过采取集中排水降低地下水位及边坡塌陷处重点处理的解决方案，使得工程保质保量按期完成，通过通水具体操作试运行的效果来看，除了个别地方的边坡还有点塌陷外，其余的边坡处理都取得了良好的效果，通过了初次放水的考验。首先，原来塌陷过的边坡经过处理后没有再次出现裂缝或有塌陷的迹象。其次，渠道边坡的外观平整度及齿墙的位置都没有发生明显变化。实践证明，此次边坡塌陷的处理措施效果较好。

5 结语

在东平县引黄灌区农业节水工程戴庙灌区引水干渠项目的实施过程中，通过对高地下水位地区渠道的设计特点进行分析及施工过程中引水干渠衬砌工程边坡塌陷原因的分析，提出了详细的设计、施工处理方案，采取了具体的具有操作针对性措施，减少了边坡塌陷问题对施工质量及工期的影响，确保了项目的顺利实施，为以后解决类似问题提供了宝贵的经验。