引黄渠道防渗衬砌解决排水问题的有效途径.pdf

第 3 4卷第 8期 2 0 1 2年 8月 人民 YEU 0W 黄河 RI VER Vo 1 ． 3 4． N0 ． 8 Au g ．， 2 01 2 【 灌 溉 供 水 】 引黄渠道防渗衬砌解决排水问题的有效途径 李 艺珍 ( 河南省农田水利水土保持技术推广站， 河南 郑J , I、I 4 5 0 0 0 3 ) 摘要： 引黄灌区一般土质较疏松， 土渠渗漏、 坍塌、 淤积问题严重， 混凝土衬砌是 目前渠道技术改造采用较 多的工程措 施。然而， 引黄灌区上游受黄河侧渗影响， 地下水位相对较高， 在一定条件下， 会对渠道混凝土衬砌层 产生顶托破坏作 用。河南省引黄灌区在多年的渠道衬砌工程建设和运行 中， 探 索出了以下防渗兼顾排水的措施： 地下水位以上渠道衬砌 仍 采用混凝 土结构 。地 下水位 以下的渠坡和渠底 ， 在 强富水 区， 采用浆砌石框 架内铺 干砌石 结构 ， 干砌石 下设 滤层 ； 中等 富水 区可在混凝土衬砌层上设置排 水孔 ， 孔 中填无砂混凝土块 ， 块底铺设 滤层 ， 滤层的构造可以根 据渠道 土质而定 关键词 ：渠道 ；衬砌 ；防渗 ；排水 ；引黄灌 区 中图分类号 ：$ 6 0 7 文献标识码 ： A d o t ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 — 1 3 7 9 ． 2 0 1 2 ． 0 8 ． 0 3 5 Effe c t i v e Appr o a c he s t o S o l v e Dr a i n a g e Pr o b l e m i n t he Ye l l o w Ri v e r I r r i g a t i o n Cha n ne l ’ S W a t e r pr o o f a n d Li n i n g W o r ks LI Yi z h e n ( I r r i g a t i o n a t t d W a t e r C o n s e r v a n c y E x t e n d i n g S t a t i o n of Wa t e r a n d S o i l C o n s e r v a t io n T e c h n iq u e s i n H e n a n P r o v i n c e ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3， C h i n a ) Abs t r a c t ：Du e t o s o me s e r i o u s p r o b l e ms s u c h a s p o r o u s s o i l ，le a k a g e s，l a n d s l i d e s ，d e p o s i t i o n s i l l t h e Ye l l o w Riv e r i r r i g a t e d a r e a，c o n c r e t e l i n i n g i s o n e o f t h e mo s t p o p u l a r me t h o d s f b r c h a n n e l ’ s t e c h n i c a l t r a n s f o r ma t i o n a t p r e s e n t ． Ho w e v e r ．t h e u p s t r e a m o f t h e i r r i g a t e d a r e a i s i n a s t a t e o f h i g h e r wa t e r t a b l e b y t h e r e a s o n t h a t i t a l w a y s s u ff e r e d b y s i d e — l e a k a g e o f t h e Ye l l o w Riv e r ．I n s o me c a s e s．t h e u n d e r g r o u n d wa t e r w i l l wi t h s t a n d t h e c a n a l c o n c r e t e l i n i n g a n d d e s t r o y t h e s t r u c t u r e a t l a s t ．No wa d a y s w e h a v e f o u n d s o me s u c c e s s f u l me t h o d s t o c o mb i n e a n t i — s e e p a g e wi t h d r a i n a g e i n ma n y y e a r ’ S c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i o n：f o r t h e c a n a l s a b o v e t h e wa t e r t a b l e ，it s l i n i n g s t i l l u s e c o n c r e t e；for t h e s l o p e s a n d b o t t o m o f c a n a l s b e l o w t h e wa t e r l e v e l ，fi r s t ，i n a b u n d a n t w a t e r fie l d，we u s e mo r t a r s t o n e f r an m wi t h d r y b l o c k s t o n e，wh i l e fil t e r i n g l a y e r i s s e t u n d e r t h e d r y s t o n e ；s e c — o n d，i n t h e mi d d l e — l e v e l w a t e r c o n d i t i o n s，d r a i n h o l e s wh i c h w e r e s e t in t h e c o n c r e t e l i n i n g o r e f i l l e d wi t h n o n e - s a n d c o n c r e t e b l o c k s ，i t a l s o n e e d fi l t r a t i o n l a y e r u n d e r t h e m．S t r u c t u r e o f d i ff e r e n t fi l t r a t i o n l a y e r s d e p e n d o n d i f t ~ r e nt s o i l c o n d i t i o n s ． Ke y wo r d s ：c h a n n e l ；l in i ng ；wa t e ~r o o f ；d r a i n a g e；Ye l l o w Ri v e r i r r i g me d a r e a 1 概况 引黄灌区上游渠段土质多为沙土、 沙壤土或粉质壤土等， 这些土壤质地较疏松， 因此土渠渗漏、 坍塌现象严重 ， 加之黄河 的泥沙含量高， 土渠糙率大 ， 输水速度慢， 使得渠道淤积情况严 峻。为解决渠道渗漏、 坍塌和淤积等问题 ， 河南省引黄灌区渠 道技术改造以混凝土防渗衬砌为主要措施。 引黄灌区上游一般距黄河较近， 受黄河侧渗影响， 地下水 水位较浅， 有些区域地下水位常年高于设计渠底⋯。在这种情 况下， 受地下水的顶托作用 ， 可造成衬砌渠道鼓胀、 裂缝 ， 甚至 垮塌。远离黄河的挖方或深挖方渠道 ， 当地下水位较高时， 渠 道节水改造工程也存在同样的问题。1 9 7 6年， 河南省武嘉灌区 总干渠桩号 J 0+9 1 6 —1 8+5 0 0渠 段进 行 了混凝 土板衬 砌 ， 当 时没有设置排水措施， 在实际运行 中， 受地下水和灌溉回归水 的影响， 渠底及渠坡下部混凝土先后出现了鼓胀 、 断裂、 滑塌等 破坏现象 。 1 02 河南省大功灌区大车支渠从天然文岩渠引水灌溉， 大车支 渠上段桩号 0+o 0 0 _3+o o o为现浇混凝土梯形断面， 在渠底 以上 3 0 c m处的两侧渠坡上各设置 1 排 无砂混凝 土排水孔 ， 孔 距 2 i n 。该渠段处于强富水区， 加之 2 0 1 1 年下半年连续降雨， 地下水位大幅度上升 ， 最高时高出渠底 1 ． 5 m， 但排水设施效果 不佳 ， 导致渠道桩号 0+ 2 0 0 —0+8 5 0、 1 +9 5 0 —3+ 0 0 0两段 1 ． 7 k m混凝土衬砌层遭到破坏。 另外， 河南省引黄灌区还有不少混凝土衬砌渠道也受到地 下水的不利 影响 ， 因此对渠道 防渗衬砌带 来的排水 问题应 引起 足够重视。 2 解决排水问题的技术措施 目前， 根据渠道工程场地水文地质情况和地下水对衬砌渠 收稿 日期~ 2 0 1 2 — 0 3 - 0 5 作者简介 ： 李艺珍( 1 9 6 3 ～) ， 女 ， 河南叶县人 ， 高级 工程 师， 主要从事 引黄 灌 区 技术管理和服务工作。 E— mai l ：l i y z h @ h ns 1 ． g o v c n 人 民 黄 河2 0 1 2年第 8期 道的影响程度， 河南省引黄灌区渠道衬砌工程在不同的富水区 域可以采取不同的排水措施。 2 ． 1 强富水 区 以河南省武嘉灌区引水渠改造工程为例， 结合大功灌区大 车支渠工程排水滤层的构造 ， 阐述在地下水强渗透作用下， 将 防渗与排水有机结合 的渠道衬砌技术措施 。 武嘉引水渠改造段位于黄河滩区， 距离黄河主流4— 5 k m， 渠道区土质主要为沙土， 通常地下水位在渠底以下 ， 汛期受降 雨影响， 特别是灌溉回归水作用， 使沿渠地下水位高出渠底2 m 左右。在小浪底水库调水调沙期间， 受黄河高水位影响， 短期 内引水渠地下水位上升幅度更大 ， 此时黄河泥沙含量高， 渠道 不引水， 渠道内外水位差最大， 地下水作用非常强。 武嘉引水渠桩号 0+3 6 0 +8 6 0段设计流量为 3 0 ． 7 6 m ／ s ， 比降为 1 ／ 3 0 0 0， 渠道横断面为梯形， 底宽 5 m， 内边坡 1 ： 2 ， 渠深3 ． 5 m。2 0 0 8年在引水渠改造中， 分析了以往混凝土 衬砌渠道排水工程方案的运行情况及其优缺点， 结合引水渠工 程场地水文地质条件， 确定在衬砌断面设计上， 分部位采用材 料性能不同、 结构形式不同的复合衬砌， 充分兼顾防渗和排水 的需求。按明渠均匀流复核渠道过水能力， 过水断面糙率取各 种衬砌材料对应糙率的加权平均值。 2 ． 1 ． 1 防渗 地下水位 以上 的渠坡采取预制混凝土板衬 砌 ， 衬砌 厚度为 8 c m， 沿水流方向每隔 8 m设 1 道横向伸缩缝， 缝内填充 P F低 发闭孔泡沫塑料板， 可解决沙性疏松土质渠道的渗漏和渠坡坍 塌 问题 。 2 ． 1 ． 2排水 ( 1 ) 结构形式。考虑排水和结构布置的需要， 在渠底及渠 底以上 1 ． 7 9 m范围内的渠坡， 采用浆砌石框架内铺干砌石结 构。浆砌石厚度： 渠底部分为 5 0 c m， 渠坡部分为变厚的楔形 ， 与渠底相交部位厚 5 0 e m， 与上部混凝土板相交部位厚 3 0 c m。 干砌石厚度按其周边浆砌石厚度减 1 0 c m， 其下设滤层。在两 坡脚设 5 0 c m深的浆砌石齿墙。 浆砌石框架呈格状布设， 框格大小视渠底宽度和渠坡排水 部分垂直水流方向的坡长而定： 渠底部分对称于中心线设置 1 个框格， 框格内尺寸为 3 ． 0 m 3 ． 0 m， 两侧渠坡各设置 2个 框格 ， 框格内尺寸为 1 ． 0 m X 1 ． 0 m， 浆砌石框架宽度纵 向为 1 ． 0 m、 横 向为 0 ． 6～1 ． 0 m。 渠道衬砌结构横剖面见图 1 ， 平面布置见图2 。 图 1武嘉引水渠衬砌结构横剖面( 单位 ： e m) ( 2 ) 滤层构造 。浆砌右直接砌筑在渠基上， 在干砌石下 设置滤层 ， 以防渠道输水时水流淘刷渠基， 以及地下水渗出时 带出渠基土颗粒。滤层构造因渠道土质而不同。 图 2武嘉引水渠衬砌半平面( 单位 ： c m) 武嘉 引水 渠渠基 为沙性 土 ， 颗粒较粗 ， 透水性 强 ， 滤层 构造 为： 干砌石下铺筑 1 0 e m厚、 粒径为 1 ～3 c m的石子混合料， 石 子下面铺 4 0 0 m 透水土工布。这种滤层构造适用于沙性土 类渠基排水工程 。该滤层细部构造见图 3 。 图 3 武嘉引水渠滤层构造 ( 单位 ： a m) 大功灌区大车支渠为另一种土质类型， 其场地 7 ． 5 m深度 以 内主要为粉土 ， 并含有黏性 土团 ， 透水性较差 ， 而且 现状渠基 表层土呈饱和稀泥状。根据这些特点， 其滤层沿渗流方向依次 为 7 c m厚中粗砂垫层、 4 0 0 g ／ m 透水土工布、 7 c m厚碎石垫层 ( 粒径 1 —3 c m) 。特别是在土工布下铺设 中粗砂垫层， 不仅能 改善渠基土的透水性， 而且能有效地防止细土颗粒堵塞土工布 孔造成排水失效的情况， 提高排水设施的耐久性。该措施适用 于中等及弱透水性土类排水工程。该滤层细部构造见图4 。 图 4 大车支渠滤层构造( 单位 ： c m) 2 ． 1 ． 3关键 施 工技 术 武嘉引水渠改造段处于黄河滩区， 地下水的渗透作用极 强， 在浆砌石框架施工中， 采取高强度的井点降水措施 ， 将地下 水位控制在施工开挖面 3 m以下 ， 但一停止抽水， 地下水很快 回升 ， 难以做到干地施工。为此， 尝试了多种办法 ， 最终从控制 水泥砂浆含水量人手 ， 即块石座浆用搅 拌均匀 的水泥和砂混合 料代替通常使用的水泥砂浆 ， 砌筑块石的勾缝砂浆通过试验选 择小于常规的水灰比， 有效降低 了地下水对砌体强度的影响， 取得 了较好效果 。 2 ． 2中等富水区 以河南省赵 口引黄灌区总干渠 2 0 0 9年改造工程为例 ， 探 讨此类区域渠道衬砌排水的工程措施。 1 03 下 ●d ● + 1， 上 人 民 黄 河2 0 1 2年第 8期 赵 口总干渠进水闸为穿黄大堤闸， 距离黄河很近， 进水闸 以下渠段 0+ 0 1 6 _ ’ o+8 5 0的土质 主要 为沙 壤土 ， 渠 道设计 流 量为 1 5 0 m ／ s ， 梯形断面， 底宽2 7 m， 渠深 3 ． 6 6 m， 全断面采用 C 2 0现浇粉煤灰 混凝 土衬 砌 ， 衬砌厚度为 1 2 C I n 。据观测 ， 该 区 域地下水位一般高出渠底 1～ 2 m， 因此在渠底和渠坡下部设置 排水措施。两岸渠坡沿纵向各设一排排水孔 ， 排水孔相对于渠 底的垂直高度为 1 m， 孔纵向间距为 2 m； 渠底沿纵向共设置 5 排排水孔 ， 排水孔横向间距为 5 m， 纵向间距为2 m， 按梅花形 布置 。排水孔 中填无砂混凝土块 ， 混凝土块 为边 长 1 0 e m的正 方形 ， 厚 8 c m， 块 底 铺设 滤 层 。滤层 分 为 上 、 下 两层 ， 上层 厚 3 c m、 砂的粒径为4～ 5 m m， 下层厚 3 c m、 砂的粒径为 1 ～ 2 m m。 排水孔施工可 以与渠道衬砌施工 同时进行 ， 在衬 砌层上预 留排水孔 ， 也可以先进行混凝土衬砌施工， 待衬砌层凝固后再 挖凿排水孔 。 上述工程措施的特点是排水能力较强， 施工便利， 易于维 修 ， 而且无砂混凝土块下设 置了滤层 ， 排水孑 L 不容易堵塞 ， 排水 工程耐久性较好 。 2 ． 3 一 般 区域 一 般区域的挖方或深挖方渠道， 在一定时期地下水位可能 高出渠底 ， 但时间较短， 其作用相对较弱， 对排水工程的要求不 高。通常在混凝土衬砌渠道的渠底或坡脚部位设排水孔 ， 孔中 填无砂混凝土块， 其下部包裹或不包裹透水土工布。 3 应用效果和适用条件 ( 1 ) 河南省武嘉灌区引水渠改造工程于 2 0 0 8年完成， 2 0 0 9 年在武嘉总干渠衬砌改造中推广应用， 经过 3— 4 a的运行， 现 状衬砌工程完好如初 ， 而且干砌石加滤层后具有 良好的透水 性 ， 使结构 的抗 冻性能得到提高 。 ( 上接第 1 0 1页) 可无偿使用， 那么用水户就会从 自身利益 出 发， 多用当地水源， 继续超采地下水 、 大量引用黄河水， 而不用 南水北调的水。这不仅不利于改善生态环境 ， 而且还会造成南 水北调工程投资的浪费， 使水资源优化配置的目标不能全面实 现。为实现当地水和外调水的合理利用和调控 ， 在确定水价定 价原则时： 首先， 要有利于节水、 调整人们的用水行为、 改善用 水结构 ， 实现水资源的优化配置； 其次， 水价要弥补供水工程的 全部成本 ， 满足还贷要求， 保证工程的良性运行 ； 再次， 水价还 要考虑到城市居民和工业企业的承受能力， 以及低收人群体的 基本生活需要。基： r此， 水价定位应让用水户感到“ 心疼” ， 但 又能够承受得起 ， 这样 的水价才是 比较合适 的。 建议引入市场机制， 按水权理论定价， 利用价格杠杆使天 然水、 地下水 、 黄河水和调来水的水价大体协调。可通过水权 关系， 建立水市场， 即确定各个缺水省份及城 市的股权 比例。 就是说， 某省花钱买了水权， 将来运行的时候 ， 若用水超出了指 标， 则意味着超用的那部分水的水权是其他省份转让的， 超用 部分的水应该实行高价， 以促使其节水 ； 多收的水费付给转让 出水权 的省份 ， 这样 上游 省份 也会 积极节水 。用价格 杠杆抑制 l 0 4 2 0 1 1年大功灌区大车支渠 的改造 ， 是在武嘉引水渠衬砌 排 水措施的基础上， 根据该渠基土质对滤层构造作了调整， 为中 等及弱透水性土类排水工程设计提供了参考。 此种结构适用于地下水丰富， 地下水位相对渠底较高， 排 水强度大的渠道衬砌。 ( 2 ) 赵 口总干渠上段渠道衬砌工程于 2 0 0 9年完成 ， 其排 水 措施借鉴了河南省人民胜利渠灌区的经验， 此项技术在人民胜 利渠灌区多处干渠衬砌中经过了实践检验 ， 排水效果好， 而且 经久不变 。 此种结构形式适用范 围很广 ， 但应 注意根据渠 道土质调 整 滤层构造 。 ( 3 ) 对于无砂混凝土块加透水土工布的排水措施， 因施工 简便而最早在引黄灌区渠道衬砌排水中应用 ， 也是 目前应用较 多 的一种措施 。从多 年 的运行情 况看 ， 这种 措施 对于 沙性土 、 排水强度不大的渠道是成功的， 对于黏性土或黏粒含量较高的 土类 ， 因渠 基细土颗 粒容 易堵 塞土工布或无砂混凝 土孔 隙而导 致排水能力下降， 严重的3～ 5 a 排水功能基本失效。因此， 此 种措施要注意适用条件 。 参考文献： [ 1 ] 袁芳， 薛明 防渗与排水相结合砼板衬砌渠道的设计方案[ J ] ． 科技咨淘导 报 ， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 8 0— 8 2 ． [ 2 ] 曹东升． 浅谈渠道防渗与节水灌溉[ J ] ． 科技创新导报， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 6 6 — 6 7 ． [ 3 ] 毛文明． 防渗和排水系统在新疆北疆某调水工程中的应用[ J ] ． 水利科技与 经济 ， 2 0 1 1 ， 1 7( 1 0) ： 9 4—9 5 ． [ 4 ] 王国斌． 景电灌区衬砌渠道冻胀防治综合技术研究[ J ]人民黄河， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 9 )： 6 9— 7 O ， 【 责任编辑赵宏伟】 地下水的开采 ， 同时兼 顾各 种用水 水价 协调 ， 对黄 河水 按计 划 使用， 不足部分用调来的水补给 ， 以实现保护生态的目的， 形成 一 个国家宏观调控、 公司市场运作 、 用水户参与管理的新水价 体制 。 另外， 水价政策应不仅限于供水 ， 而且要对废水排放、 污水 控制和治理都有所引导 。 参考文献 ： [ 1 ] 张雅君． 我国水价现状与发展趋势[ J ] ． 中国建设信息水工业市场， 2 0 0 8 ( 9)： 6—9 ． [ 2 ] 水利部发展研究 _f 1 ． ． 南水北调工程水价分析 研究 [ R ]北 京 ： 水 利部发展 研究中心 ， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 李春雨． 南水北调用水户 水价承受能力 分析 J ]内蒙古 科技 与经 济 ， 2 0 1 0 ( 1 6 ： 4 3— 4 5 ． [ 4 ] 水利部发展研究中心 南水北凋工程水价分析研究简介[ J ]中国水利， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 5 7—5 8 [ 5 ] 段治平． 我国水价改革历程及改革趋向分析[ J ] ． 中国物价， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 2 4— 2 8． 【 责任编辑赵宏伟】