南水北调输水土渠常见病害及修复方案探究

南水北调输水土渠常见病害及修复方案探究

张千发

山东省调水工程运行维护中心胶州管理站 山东省青岛 266300

摘要：南水北调工程输水渠道建设时，对自然生态系统具有一定影响，渠道沿线水土流失与污染物对渠道水质具有一定影响。土渠病害包含多种形式，例如坡面雨淋沟和渠道水流冲刷破坏等。文章以南水北调山东干线胶东局输水渠道土渠为主，深入分析了土渠常见病害，在这样的基础上提出了相关修复方案与维修养护措施，希望给予相关人员以借鉴。

关键词：南水北调；土渠病害；运行管理

南水北调工程利于解决北方地区水资源短缺问题，是一种重要举措，和经济发展具有紧密联系的一种大型基础设施。工程时空具有较大跨度，影响因素相互渗透，其生态和环境问题具有传递性和长期性特点。南水北调山东干线胶东局输水渠道在南水北调东线工程东西线末端，胶东局进行管理，下辖渠道管理，主要负责全断面村砌段渠道与土渠段渠道。输水渠道长6.03km，渠底宽40m，边坡1:3。输水渠道设计流量为60m³/s。沿线建设建筑物330座，节制闸和泄水闸占有30余座。文章深入分析了胶东局35km土渠运行病害与输水调度运行要点，进行了深入化研究。

1. 土渠病害情况和原因分析

对于土渠病害具有多种形式，例如裂缝、渗漏和冲刷等。经过几年输水运行，胶东局土渠病害主要分为以下几点。

1.1土渠病害情况分析

第一，渠坡坍塌破坏。土渠运行后，共存在7处渠坡坍塌破坏现象。土渠段渠坡坍塌为局部坍塌，左右岸均有，长度在150m，宽度在5m，为上陡下缓坡面，打破了原有梯形断面。受台风强降雨影响，渠堤垂直渠道裂缝，裂缝宽度在8m，深在2m。除此之外，半坡衬砌段出现多处护砌混凝土板下渠床掏蚀情况，导致下滑情况，更为严重的是断裂现象。第二，坡面雨淋沟破坏。在雨季时期，土渠边坡雨淋沟较多。如果出现强降雨，会出现大的雨淋沟。大雨淋沟长在18m，宽在2m。第三，渠道水流冲刷破坏。输水水流对渠坡侵蚀，在土渠段结制闸下游，两侧渠坡冲刷极为严重。纵观水位变化区生成了冲沟，长在25m，宽在2m左右。

1.2土渠病害分析

1. 渠坡坍塌破坏。土渠渠坡局部出现坍塌破坏，进行查勘和设计资料对照分析后发现，是由渗流破坏，主要原因分为几点。一是土质问题造成的，边坡坍塌出现在粉砂壤土处，土体黏粒含量较少，粉粒较多。二是地下有软弱土层加之流砂。三是渠道内外水位具有不平衡性，渠道外地下水位较高，地下水自土渠边坡腰部逸出，地下水位线以下土壤处为饱和状态，粘结力较为不理想。在这样的背景下，易出现滑坡下塌。地下水位线上部由于没有支撑出现自然坍塌。在一定程度上，地下水位高，地下水逸蚀作用较强，渠坡出现滑塌。渠堤裂缝经过查勘后发现，由于渗流破坏影响，垂直渠道裂缝附近上下游出现了一些细小裂缝，会加剧滑坡体。第二，坡面雨淋沟破坏。在现场查勘后，由于地下水冲刷影响，雨水从堤顶逐渐向土渠内流入，具有较为严重的冲刷，导致水土流失。第三，渠道水流冲刷破坏。渠道内水的浸润与浸蚀，边坡易受到冲刷塌陷影响，尤其是水位变化过程中，土体加重，土体剪应力逐渐增加，水面周围与水面以下土体会遭受到冲刷破坏。

2. 土渠修复方案

2.1渠坡坍塌修复

依据现场具体情况，修复加固了护坡。针对渠坡坍塌部位利用了渠坡土体修复与浆砌石护坡，或是利用干砌块护坡方案。第一，渠坡土体修复。浆砌石护坡前，依据原设计断面修复处理渠坡。全面清除坍塌段土体，开挖设计渠底坡脚向外侧开挖，和原状土实现衔接，将松散的塌坡土清理到密实原状土，在这样的基础上，呈台阶状开挖，台阶宽在为2m，高在1m。修复填筑段沿渠堤纵向自上而下衔接，在衔接过程中，依据渠坡开挖形式开挖为台阶状，总体坡度不能陡于1:3。虚土层土料混合被挖除后，进行重新填筑。在实施过程中，干场施工，确保渠坡填筑压实度不能低于1，利用工艺性试验明确施工控制指标，做好填筑指标检测。第二，浆砌石护坡。浆砌块石护坡在连续坍塌渠段具有合理应用，要想确保土体填筑质量，渠坡填筑过程中，依据设计渠道断面填筑，人工削坡1m，在这样基础上，做好浆砌石护坡施工。浆砌石护坡结构以自上而下顺序进行，分别为厚碎石垫层和土工布。浆砌石厚度在0.5m，边坡1：5，浆砌石下采用M10浆砌石齿墙，顶部利用浆砌石压顶。对于浆砌石护坡12m，留有伸缩缝，缝宽在3m，缝内上部3m后，将沥青砂浆填充其中，下部以闭孔泡沫板为主进行填塞。第三，干砌块石护坡。干砌块石护坡在局部渠坡底部坍塌凹坑中运用。干砌块石护坡前，全面清除坍陷虚土，为原状土状态，顺序为顶部坡面利用干砌块石，厚度在0.5m，坡脚处设置干砌块石齿墙。利用石料单块石料质量不低于30kg，避免冲移串通，确保坡面具有平整性。干砌石下利用8cm厚级配碎石垫层，粒径15mm，下面铺设土工布反滤。第四，渠堤裂缝处理，挖除滑坡体，依据土方施工方法做好回填压实。半衬砌段护砌混凝土板破坏，土方回填压实，混凝土板施工依据原有设计恢复。

2.2坡面雨淋沟修复

清除雨淋沟虚土，清除为原状土，在这样的基础上，分层回填夯实。针对大的雨淋沟，进行开蹬，确保新旧土结合。

2.3渠道水流冲刷坡修复

渠道水流冲刷破主要在节制闸下游，延长节制闸下游浆砌石防冲段，利用浆砌石护坡修复，浆砌石护坡施工方法与同渠坡坍塌浆砌石护坡施工具有一致性。

3. 渠道维修养护和调度运行管理

3.1土渠维修养护要点

对维修渠道堤顶两侧土埂进行检查，检查是否完好，是否具备挡水作用。加大养护坡面草皮，避免存在大的雨淋沟，或是延缓自然侵蚀。针对塌坡流砂段，利用黏土护坡，在渠道边坡下不，地下水出逸部位，铺砌黏土层，宽在2m.

3.2土渠调度运行要点

确保渠道水位具有稳定性，全面控制流速。依据胶东局渠道运行经验，选择土渠流速低于1m/s，渠道确保没有冲刷。渠道运行水文比渠道外侧地下水位要高8cm。胶东局土渠段渠道左侧与支脉河为主，右侧以小清河为主，输水运行过程中，如果是汛期，小清河水位高，支脉河水位高时，渠道水位不能低，确保高水位运行。工程运行时，依据外水水为和地下水水位情况，全面控制渠道水位，确保渠道内水位比地下水位高，和地下水位保持持平，防止渠道内外存在一定的水位差。

结束语：

总而言之，南水北调工程实施对沿线自然环境具有一定的破坏，沿线污染在多种方式作用下对渠道输水水质 具有一定影响。文章深入分析了土渠病害情况和原因，在这样基础上，提出了土渠修复方案和渠道维修养护和调度运行管理。目的是为了确保渠道生态平衡与水资源持续发展，为新农村建设提供更好的基础条件，为大型输配水渠道堤岸带生态环境保护与土地利用提供科学依据。

参考文献：

[1]孙元文, 王榕. 南水北调输水土渠常见病害及修复方案[J]. 山东水利, 2020(12):2.

[2]迟艺侠, 张展羽, 夏继红,等. 南水北调输水渠道渠岸带植物修复技术研究[C]// 中国环境科学学会2019年学术年会. 2019.

[3]肖爱明. 南水北调中线引江济汉工程输水渠道边坡稳定性分析[J]. 水利科技与经济, 2017, 19(6):4.

[4]刘海宽, 陶小委, 梁柯峰,等. 跨南水北调总干渠桥梁桩基的加固防护设计[J]. 创新科技, 2015(8):2.