内蒙古河套灌区总干渠续建配套与节水改造工程几点思考.pdf

'58内蒙古水利2014年第3期(总第151期)【节水灌溉】内蒙古河套灌区总干渠续建配套与节水改造工程几点思考裴建新，赵彦杰，于雪松(内蒙古自治区黄河工程管理局，内蒙古磴口015200)[摘要]内蒙古河套灌区三盛公水利枢纽总干渠续建配套与节水改造工程施工过程中，遇到冻融破坏对干砌石护坡的影响，文章针对北方地区渠道冻融破坏的形式和形成机理进行论述。[关键词]节水改造；冻融破坏；形成机理；处理方案中图分类号：s275文章标识码：B文章编号：1009—0088(2014)03—0058—021工程概况3渠坡整治方案总干渠位于河套平原南缘，是河套灌区一首制引黄灌区的总干渠整治设计针对存在问题，考虑整治断面按防冲要求输水大动脉，由西向东与包兰铁路平行。渠道由黄河三盛公水进行设计，按设计断面对右岸渠坡重新进行干砌石护坡，干砌利枢纽北岸引水，东至乌拉特前旗先锋闸止，全长180．85km。石厚度为40cm，下面铺设15cm的砂砾石垫层，为了防止渠坡总干渠渠首原设计流量565m／s，现状引水流量520m／s。担土流失，在砂砾石底部铺设反滤无纺土工布，土工布选择丙纶负着河套灌区6O万hm农田灌溉的输配水任务，并供包头市短纤针刺非织造土工布。①部分农业与工业用水，是灌区最基础的水利设施。每年4月上4项目施工情况旬开闸放水，11月底关闸停水，8月中旬停水15—26d左右，全年行水180多d，年均引水量50亿m。2006年，对总干渠0+000～0+900段落进行渠坡整治。考虑到投资情况和0+000—0+900段落的现状，靠近坡脚干2总干渠现状及存在问题砌石基本完好没有滑坡、塌陷的现象，故设计对原砌坡滑坡、塌2．1总干渠(0+000—3+328)现状陷处进行整治，拆除原干砌石。由于基础坡面经几十年运行，总干渠渠首长3．3km，3+328段处修建电站2座和跌水1已稳定，密实度基本符合设计要求，因此，拆除段落在原基础上座。1958年，总干渠破土动工，渠道底宽110m，边坡为1：进行干砌石衬砌，干砌石厚度40cm，下设15cm砾石垫层。为2．5，柴草埽方护岸。经多年运行柴草腐烂，造成渠道冲刷严防止渠坡土的流失及水流对护坡的冲刷，在砾石垫层底部铺设重，影响总干渠安全运行。因此，1969年开始，逐年对该渠堤迎土工布，在坡脚设置抛石护脚。水坡水下部分实施干砌石护坡。随着灌区灌溉面积的增大，用2006年项目于2007年11中旬开工～2008年4月上旬干水量的增大，为保证灌溉和工程安全。1994年，对总干渠渠堤砌石护坡完工。经过一年的灌期行水冲刷和春冬季冻融破坏，进行了加高培厚。0+000—0+900段落末发现滑坡、塌陷等异常现象。2．2存在问题2007年项目与2006年项目干砌石护坡设计基本相同，不总干渠建设年代早，渠坡水下部分进行了干砌石护砌．渠同之处0+900—1+430段原渠坡没有砌石护坡。0+900～l底没进行护砌，而总干渠渠道土质为砂壤土，抗冲能力差，渗漏+300段设计为水流斜冲岸坡段，抛石护脚的厚度为2．0m．抛较严重，渠底不断的淘刷，将渠底淘深并带走坡脚塌陷的干砌石顶宽为411，抛石边坡为1：2．5。1+300—1+430段为水流平行岸坡段，抛石护脚厚度为1．211，抛顶宽为2m，抛石边坡石，致使护坡的大部分于砌石向渠底滑落，造成于砌石护坡损为1：2．5。坏严重。河道宽窄不一，冲淤不均。总干渠实施段属悬渠式工依照设计要求先对坡脚进行抛石护脚，由于地下水位高，程，且紧邻巴彦高勒镇，一旦出事直接影响巴彦高勒镇居民生开挖的抛石基槽出现坍塌现象，为此，在进行此项工程作业时命财产的安全及包兰铁路、110国道正常运行。而渠道土质差，采取边开挖边抛石的方法进行抛护。护脚抛石完毕后进行修抗冲能力低，部分渠段经多年的冲刷现状渠底比原设计渠底下坡、砌石。切1—3m。总干渠运行至今由于当初未做防渗处理，河床悬于两岸农田之上，渠堤洇渗造成两岸农田盐碱化日益严重，两岸农田利用率降低，粮食减产，农民经济增收缓慢。①内蒙古自治区水利学会2013年优秀论文二等奖。 内蒙古河套灌区总干渠续建配套与节水改造工程几点思考裴建新等592007年项目开工时间为2008年11月中旬一2009年3月存在及外部水源的外溢，三是土的物理力学特性，包括颗粒组下旬，干砌石护坡完工。成和矿物成分等。北方地区渠道冻胀问题是一项重大的工程技术问题，减轻52007年项目干砌石护坡工程出现的问题及思考其中一个因素也就减轻了冻胀现象。2009年3月下旬，对2007项目干砌石护坡部分进行初验5．3．1保温防渗措施发现抛石护脚石下沉，1+000—1+430段靠近护坡坡脚l～2渠道的冻胀是在一定的温度和湿度下发生的，若能改善渠m处出现滑坡、沉陷现象。基土的温度，采取保温、防渗的措施，消除和削弱并用发生的条5．1造成干砌石护坡坡脚滑坡、沉陷的原因件，就可避免或减少冻害。目前，多采用聚笨乙烯泡沫板，这种5．1．1总干渠渠坡整治工程受灌区行水季节的限制材料它的物理力学性能、抗无机试剂性能、抗有机试剂性能都总干渠渠坡整治工程受灌区行水季节的限制，必须在冬季比较好。停灌后进行。5．3．2基土的换填处理5．1．2地下水位的影响根据土质对冻胀性的影响，用无冻胀性或冻胀性较小的土施工期间正值黄河封冻期，封河水位比灌期水位高，导致质如砂土、砾石来换填冻胀性较强的粉质黏土或壤土，增强渠总干渠地下水位相应抬高。基的排水性能，阻止下卧层水分向堤基层冻结区迁移，可有效5．1．3土质影响地减少冻胀，防止冻胀现象的发生。总干渠渠堤土质为壤土和砂壤土，其中，堤脚砂壤土居多，62007年项目干砌石护坡问题处理砂壤土渗透系数比较高，造成渠堤水渗漏较严重。5．1．4冻融破坏6．1观测与分析冻融破坏是造成砌石沉陷、部分砌体滑坡的主要原因。发现问题后，工程技术人员通过观测、对比分析，发现滑5．2冻融破坏的条件、破坏的主要形式和形成机理及冻胀防坡、沉陷处渠坡土含水量高，有水渗出，出现翻浆现象，造成砌治措施。石沉陷、部分砌体滑坡。几日后，观测发现，滑坡、沉陷处渠堤5．2．1冻融破坏的条件水渗出大量减少，渠坡土含水量显著降低，沉陷处基本稳定，滑总干渠渠坡整治工程受灌区行水季节的限制，必须在冬季坡未见发展。停灌后进行，期间正值黄河封冻期，封河水位比灌期水位高，导6．2整治方案致总干渠地下水位相应抬高。2007年项目，干砌石护坡工程开经工程技术人员观测与分析后确定砌石护坡冻融破坏整工时间为2008年11月中旬～2009年3月下旬，干砌石护坡完治方案。工。期间经历了降温、封冻、春融整个冻融过程。由于冻融破6．2．1增抛坡脚处的护脚石坏，造成2007年项目干砌石护坡坡脚局部出现滑坡、沉陷现增抛的护脚石全部抛掷在砌石护坡坡脚，增强护脚的稳定象。性，阻止干砌石护坡下滑。5．2．2渠道冻融破坏的主要形式和形成机理6．2．2换填砂砾石衬砌渠道冻结是随温度的变化，由表及里、由浅人深的过对翻浆部位换填砂砾石。滑坡、沉陷的坡脚砌石进行反工程。当气温降到结冰点下时，首先，在砌石和土层接触面间的处理排除了坡脚翻浆现象。孔隙中产生冰晶体。同样，在毛细力作用下土体中的水份向冰6．2．3干砌石缝隙嵌砾石晶体迁移，使冰晶体越来越大。温度继续降低，在渠坡基土孔干砌石缝隙嵌砾石，减小砌体缝隙，增强砌体稳定性，消除隙中也产生了冰晶体，同样，在毛细力作用下，更深部位土体中了隐患。的水份向上部迁移，并在上部土体中冰逐渐增大，使土体冻胀7小结更大，并形成冻土层，土体体积膨胀表面隆起。随气温的再降低。冻土层的深度逐渐加深，因冰冻而产生的冻胀力顶起砌石2006、2007年项目竣工至今运行4年，经过4年灌期行水，面发生冻胀破坏。4个冻融周期，过去局部产生的滑坡、沉陷部位，经过整治处理冻融在春融期，由于气温逐级升高，渠堤土胎中冰晶体的后，通过行水期、枯水期工程检查干砌石护坡未见异常现象发融解，又成为土基或垫层承载力降低的原因。渠坡冻土层融解生。(编校：杨亚军)时，其渠坡土内融解后多余的水份在重力作用下向坡脚集中渗透，导致坡脚部位含水量过高，并有水渗出，在砌石体荷载的作收稿日期：2014—04—25用下坡脚处产生翻浆现象。作者简介：裴建新(1967一)男，助理工程师，现从事水利工5．3渠道冻胀防治措施程管理工作。渠道防渗工程很复杂，涉及多方面的因素，冻胀破坏主要有3个原因。一是持续的负温条件，二是土中各种形态水分的'