王進(jìn)軍

（甘肅省疏勒河流域水資源局昌馬灌區(qū)管理處，甘肅 玉門735211）

1 概述

疏勒河流域昌馬灌區(qū)屬國家大 （二）型自流灌區(qū)，位于甘肅省河西走廊西端疏勒河干流中游。1958年建成，主要承擔(dān)著玉門、瓜州兩市縣12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、4個(gè)國營農(nóng)場69.68萬畝農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)。昌馬灌區(qū)現(xiàn)有骨干輸水渠道92條629km，其中，干渠7條187km，支干渠10條115km，支渠、分支渠75條327km。

這些渠道的運(yùn)行，成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生命線。但是，由于工程渠線長，渠道所經(jīng)地段地質(zhì)、地形條件復(fù)雜，灌區(qū)又屬嚴(yán)寒氣候區(qū)，多年平均氣溫5.8～8.8℃，最低氣溫-29.3℃，最大凍土厚度為150cm。渠道運(yùn)行中因凍脹破壞的問題時(shí)有發(fā)生，尤其是穿越高地下水位渠段，渠基土的凍脹敏感性更強(qiáng)，基土凍脹融沉變形對渠底及護(hù)坡結(jié)構(gòu)的影響也更為強(qiáng)烈，凍脹破壞更為嚴(yán)重。這些凍脹嚴(yán)重渠段，以往采用40～70cm厚砂礫石墊層，上鋪設(shè)砼預(yù)制板，清理污染墊層，對凍脹變形的砼預(yù)制板重新襯砌，維修后渠道運(yùn)行1-2年，仍發(fā)生凍脹破壞。每年用于這些渠段維修凍脹破壞的費(fèi)用占維修總費(fèi)用的65%左右。因此穿越高地下水位渠道凍脹破壞是必須研究解決的問題。

2 地質(zhì)情況及凍脹現(xiàn)狀

昌馬灌區(qū)穿越高地下水位凍脹渠段主要集中在東干渠及北一支干。東干渠灌溉面積9.99萬畝，設(shè)計(jì)流量1.91-5.60m3/s,全長52km; 高地下水位集中在（樁號：13+362—20+083km）渠段內(nèi)，北一支干渠灌溉面積4.04萬畝，設(shè)計(jì)流量1.78m3/s,全長13.16km，高地下水位集中在 （樁號：0+150—11+475km）渠段。經(jīng)對這些渠道的地質(zhì)條件、地下水埋深等情況的調(diào)查，這些區(qū)段均屬挖方渠段，渠基和渠坡主要置于apLQ粉質(zhì)壤土或粉質(zhì)黏土土層，地表1.0m以上鹽堿含量較高，為1.8-7.8g/kg,屬亞硝酸鹽鹽漬土，干密度1.23-1.56g/cm3，細(xì)粒土 （＜0.0075mm）含量大于10，厚度大于3m。地下水埋深較淺，僅為0.0～2.0m,渠底有滲水，積水現(xiàn)象，天然含水率15%～29%，毛細(xì)上升高度在1.7～2.6m之間，水質(zhì)較差，對砼硫酸鹽侵蝕性，渠道土基滲水補(bǔ)給量大，詳細(xì)情況見表1。

表1 昌馬灌區(qū)東干渠、北一支干渠凍脹破壞渠段調(diào)查表

發(fā)生凍脹破壞的渠段都具有相似的凍脹破壞形式。均為坡腳處預(yù)制板膨脹下滑，造成渠底鼓脹隆起，最終導(dǎo)致邊坡砼預(yù)制板整體下滑、塌落。如圖1所示。

圖1 東干渠、北一支干渠渠道凍脹破壞狀況

3 凍脹破壞的原因分析

土質(zhì)、水分、負(fù)溫是造成渠道凍脹破壞的主要因素。

1）渠基土質(zhì)。渠道凍脹嚴(yán)重程度與土的凍脹敏感性有關(guān)，土中粒徑小于0.0075mm的土粒超過總重量的10%為凍脹土，昌馬灌區(qū)東干渠及北一支干渠渠段多為粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)黏土，均為凍脹土，加之地下水位高，水分補(bǔ)給充分，必然產(chǎn)生較大凍脹量，從而使砼預(yù)制板鼓脹下滑、塌落造成破壞。另外，地表1.0m以上鹽堿含量較高，為亞硫酸鹽鹽漬土，含量達(dá)到1.8-7.8g/kg,，對砼有強(qiáng)腐蝕性，是造成了砼預(yù)制板襯砌體破壞的另外一個(gè)原因。

2）地下水及負(fù)溫的影響。東干渠及北一支干渠凍脹破壞渠段均為挖方渠道，渠道平均挖深為2.6～5.1m,而渠堤兩側(cè)為耕地，耕地灌溉的深層滲漏使渠坡外圍土基有大量的傍水滲入。當(dāng)冬季停水后，因地下水位較高，加之渠道旁側(cè)滲水共同補(bǔ)給，使基土含水率達(dá)到40%以上，此時(shí)平均氣溫為-7.0℃以下。渠底和渠堤基土凍結(jié)，體積膨脹作用下引起的應(yīng)力超過材料強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)造成渠道襯砌體的破壞。而砼預(yù)制板一般厚度為6～8cm,這樣的結(jié)構(gòu)，重量輕、穩(wěn)定性差、抗凍性差，極易產(chǎn)生凍脹破壞。

4 襯砌斷面形式的選擇

針對以上產(chǎn)生凍脹的因素，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對于渠段旁側(cè)滲水補(bǔ)給量大，地下水埋深淺，在渠底出漏，地基排水性能弱，且水質(zhì)對砼預(yù)制板有硫酸鹽腐蝕的渠段，通過采用置換凍脹土，增加襯砌體重量的襯砌方式，即采用30cm厚砂礫墊層，10cm厚細(xì)砂保護(hù)層、土工布（150g/m2）反慮層、30cm厚干砌塊石的襯砌方式（如圖2所示）：一是干砌石襯砌結(jié)構(gòu)在凍融過程中，可以接受一定的法向位移，適應(yīng)基土的凍脹融沉，有效避免凍脹破壞；二是能夠使渠道停水時(shí)和來年解凍后基土的水分及出露地下水及時(shí)從干砌石排出，降低基土含水率，從而有效減小基土凍脹；三是增加了襯砌厚度，改善了渠道底部的襯砌結(jié)構(gòu)，提高了渠道的抗凍脹能力。另外，干砌塊石比砼結(jié)構(gòu)更有效抵抗基土和水質(zhì)中硫酸鹽的侵蝕。

圖2 干襯砌石襯砌斷面

經(jīng)對昌馬灌區(qū)東干渠，北一支干渠采用干砌塊石襯砌斷面形式后運(yùn)行情況檢查，渠道運(yùn)行5年以來，未出現(xiàn)嚴(yán)重凍脹破壞，效果良好。實(shí)踐證明，采用干砌塊襯砌形式，能夠有效解決高地下水位渠道凍脹問題，保證渠道安全輸水，有效降低維修費(fèi)用，提高工程效益。對具有相似地質(zhì)條件的灌區(qū)渠道，是值得推廣的一種維修改造措施。如圖3所示。

圖3 東干渠、北一支干渠干砌石襯砌渠道

5 干砌石襯砌形式施工要求

干砌石的施工雖工序簡單，但質(zhì)量控制難度大，只有重視施工質(zhì)量，才能達(dá)到滿意的工程質(zhì)量和抗凍脹效果。施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)要求：

1）保證排水通暢，施工中要做好反慮層，防止淤塞和流土。

2）砂礫料墊層級配及夯填相對密度要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求選料和施工，保證回填質(zhì)量。

3）建立施工質(zhì)量控制與質(zhì)量體系，嚴(yán)格干砌石施工工藝流程和設(shè)計(jì)要求施工。加大質(zhì)量抽查力度，做到全過程質(zhì)量檢查，對不合格的干砌石立即拆除返工，不留隱患。