北疆供水渠道加高段不协调变形原因分析

北疆供水渠道加高段不协调变形原因分析

迪娜·吐尔孙阿力

新疆额尔齐斯河投资开发（集团）有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：北疆供水渠道常年运行，渠道经历通水、停水、冻结和消融工况，引发渠基填土在湿干冻融循环下的位移变形。渠坡的不协调变形使得渠道土体与衬砌之间产生了漏空区域，根据漏空区域的特点，可以将高寒区加高渠道不协调变形形态分为“加高层漏空”、“结合面漏空”和“渠坡衬砌鼓胀+加高层漏空”这三种典型形态。本文分析了渠道加高段不协调变形的原因，并针对加高段不协调、变形给予相应的处置措施。关键词：供水渠道；加高点；变形；不协调；处置措施

1 前言

随着我国社会经济发展，我国供水行业也得到了相应的发展，但是就目前的情况而言、在我国的供水工作中，常存在供水渠道出现破坏、变形、不协调等现象，这不仅造成了严重的水资源浪费现象，还阻碍了我国供水行业的发展。北疆寒区渠道一般是季节性通水，时间主要集中在春夏季；冬季地表温度很低，可达-30℃。根据高寒区渠道季节性供水和温度周期性变化的规律，可以将渠道所处的外部环境概括为“湿干冻融”耦合循环。此前关于高寒区渠道的研究大多都是关于渠道冻害方面[2-5]。近年来，随着经济的发展，原有渠道供水能力渐显不足，渠道加高改造工程逐步实施，一方面提高了渠道供水能力、缓解了供水压力，另一方面渠道加高之后将会导致新的工程问题。其中，如何有效控制“湿干冻融”耦合循环作用下新老渠道的不协调变形是工程界需要面对和解决的难题之一。

加高渠道不协调变形问题在此前并未被重点关注，主要原因在于普通地区的输水渠道无需考虑“冻融”循环或者“冻融”循环的影响较小；且基本能够保证全年供水，“干湿”循环的影响也较小。因此，普通加高渠道的不协调变形量较小，对坡面安全及渠道运行未造成严重影响。但是，在高寒区“湿干冻融”耦合循环作用下，土体劣化明显[6-7]，加高渠道的不协调变形可能会持续增大，对坡面衬砌产生危害，甚至导致衬砌的架空、断裂及剥落等，严重影响渠道的正常运行[8-10]。

本文通过现场调查，归纳分析了目前北疆寒区加高填方段渠道渠基不协调变形特征与原因，并结合工程运管经验和现场实际施工条件，提出来相应的处置措施，为类似工程的前期设计和后期运行维护提供参考。

2 渠道加高段不协调变形的原因调查

2.1 工程运行环境分析

以北疆输水渠道为例，北疆属于典型的高寒区，渠道所处的“湿干冻融”耦合循环环境具有代表性。渠道一般每年4月~9月通水，如图1（a）所示，11月至次年3月地表气温低于0℃，如图1（b）所示。渠道土体经历了“干”中有“冻”，“融”中有“湿”，“湿”、“干”、“冻”、“融”四个过程相互耦合的过程。从本质来讲，土体冻结本身也是未冻水向冻结锋面迁移的过程，类似土体干燥过程。因此，可以将渠道所处的状态简化为“湿干冻融”耦合循环，如图1（c）所示。

图1 高寒区渠道“湿干冻融”耦合循环过程简化示意图

通过对渠道运行环境的调查梳理，可以看出，以北疆渠道为典型代表的寒区输水渠道，常年经历湿干冻融四个典型过程，土体温度与含水量物理状态动态变化，渗透压力、冰压力和重力三者耦合交替作用，从而导致了渠基常年处于位移动态变化状态。

2.2 土质特征分析

1、土方变形所致在加高渠道中，加高段发生不协调、变形的原意之一便是土方发生了变形，进而致相应的变形、下沉等。在实际的工程过程中，基于土方压实度偏低，加上一般都是在当年竣工，第二年便投入了使用，因此，相应的沉淀时间过短，在没有经过冻融沉降的基础上，投入使用后加高段就会因土方地基土壤间的缝隙过大，土壤含水量偏多等问题遭受到变形，与此同时，基于在筑渠的过程中，相应的土壤等材料本身含水量偏大，而随着时间的推移，土壤中的水分因蒸发而导致土壤出现裂缝、如果所采用的土壤过干同样也会导致夯实，进而都会引发沉陷的问题。

2、混凝砌板受损而致使新修渠道受到破坏，新修渠道采用的混凝士砌板材料本身就具有着吸收的特性，而渠道本身又近乎常年处于水的侵泡中，此种情况下，冬季渠道中的水会因温度下降而发生结冰现象，进而会导致相应的砌板因此而产生裂缝。这一隐患问题的存在就会导致在来年冬天吸收更多的水分，进而混凝土砌板会因此而膨胀受损，进而就发生了冻融破坏这一问题。一般情况下，砌板遭受破坏后的表现为混凝表层逐漸脱落、结构框架逐漸相脱离等，长此以往整个新修渠道的使用寿命将大打折扣，无法满足当前该项工程建设的实际要求。

3、其余因素所带来的影响除了如上两种主要影响因素以外，导致渠道加高段遭受变形、不协调的原因还有很多：   第一，新修渠道加高段本身的土壤层含水量过高，且土壤的强度差，在支撑重力的过程中，逐渐导致相应的渠道变形；第二，在防渗膜的铺设上，由于所选择的材料质量偏低，致使无法实现良好的防渗漏作用，相应的水分就会随之渗透到渠道材料中，进而引发渠道受损问题;第三，由于相应维护管理措施落实不到位，致使在实际应用的过程中，因放水量超标而对渠道产生了一定的破坏性，同时，并没有针对渠道中的淤泥等进行及时的清理，这就给冬季渠道因渗水而遭受冻裂埋下了隐患;第四，在渠道设计上，并没有将施工地点的条件进行充分的分析，附近存在排水沟渠等，就会加剧土壤中的含水量，进而引发新渠道变形破坏的问题。

3 实现对新修渠道变形破坏问题完善解决的有效防治措施

1、完善落实渠道施工设计方案在实际落实新渠道工程项目施工之前，需要以完善设计方案的呈现为指导，针对渠道选址问题进行深入的分析，将新渠道发生变形破坏问题所产生的原因进行充分的考虑，进而以合理的设计规划方案来从根本上规避这一问题。在实际落实这一内容的过程中，主要需要从如下几方面进行:第一，针对地理位置的定位问题，主要需要考虑该地点地下含水量的问题，要确保所选择的地点具有着良好的透水性，并且不会发生冻胀问题。第二，为了实现对地下水位上升而给渠道造成的破坏问题，则就需要注重填方方式，一般采用全填或者是半填法;第三，在进行渠道线路布局的过程中，要对相应的地点进行地势的考察，以确保将渠道建立在地势较高的地方，进而避免渠道附近因存在积水等问题而引发渠道变形;第四，为了实现对渠道变形问题的有效解，需要针对地下水位与土壤含水量过高问题，在渠道附近设置排渠，亦或是种植树木等。

2、完善落实施工前准备工作并强化施工质量管理在落实新渠道建设项目之前，首先要针对所选择的施工地点，落实相应清基工作，确保将该地点地皮上所存在的腐殖进行全面清除，为确保施工的顺利进行、并保障渠道施工的质量奠定基础。在此基础上，要强化施工质量管理。针对士方筑渠施工，要首先实现对土料的碾压，进而实现对土壤含水量的有效控制，在确保土料合格的基础上，要针对填方的厚度进行控制，一般在30cm左右，然后再以碾压的方式来确保土料的干密度。在防渗膜的铺设上，要求首先要针对基底进行完善检查，在确保基底足够平整的基础上，进行防渗膜的铺设，在铺设的过程中，确保松紧度的适当，并要将相应的接缝处进行皃善的粘接，铺设后进行检查，保证防渗膜不存在漏洞;在防渗膜的选择上，其厚度要确保满足实际要求。

3、完善落实土方填筑，明确相应的施工方法为了避免渠道因土方地基下降或者是冻胀破坏而发生变形问题，在实际施工的过程中，要针对供水渠道士方填筑这一施工内容，完善落实相应的施工方法。为了最大程度地实现工程的综合效益，避免因渠道施工而对农田土地造成影响，就需要采用借土＂的方法来实现土方填，也就是通过外运的方式来获得土料，同时控制好填筑的高程，在达到设计高程后，需要确保留出足够的沉降量，在此基础上，以借助渠道一侧农田土方进行筑渠的方式取代外运土方方式，进而完成这施工内容。在此基础上，以小型挖掘机开挖过水断面，然后还回借农田土方的部分。

4、实现衬底形式的完善施工这就要求要结合渠道施工的实际要求，采用适当的渠道衬底的形式来落实施工，一般情况下，如果施工地点无法满足现场混凝士浇篼时，则就需要采用混凝土预制板来进行施工，而如果施工现场能够满足现场浇筑的话，则就采用这一形式。现场浇筑混凝土来实现衬底形式的施工，能够提高渠道的保水率，同时，还能够提高渠道衬底的强度，进而降低受冻膨胀以及下沉的问题，提高渠道整体施工质量以及防形能力，为降低整体工程施工成本、提高工程的使用寿命奠定基础

5、强化日常维护管理为了实现新修渠道的使用功能，规避変形与破坏问题，则就需要强化日常运行维护管理力度，以完善维护工作的落实来实现渠道的经济合理运行。在实际落实这一工作内容的过程中，要按照相应设计标准的规定，对渠道放水量进行控制，避免因长期不规范使用而对渠道造成损坏。同时，要落实相应的检修工作，特是在入冬之前，需要将渠道中所存在的淤泥等垃圾进行彻底地清理，避免因冻胀问题而引发渠道破坏现象。此外，还需要针对渠道所发生的裂缝等问题进行完善和弥补，及时解决潜在的隐患问题，以延长渠道使用寿命。

4 结论

综上所述，在落实旱田改水田这一工程的过程中，需要给予新修渠道变形破坏问题以充分的重视，进而实现渠道经济高效运行。针对目前新修渠道产生变形破坏问题的原因，在实际落实防治措施的过程中，则需要在完善施工设计方案的基础上，妥善落实施工前准备工作，并强化施工质量监管，同时要规范落实土方填筑施工方法以及实现衬底施工形式的完善落实，此外还需要强化日常监管维护工作，进而以有效防措施的落实来提高渠道的使用寿命与综合效益。

参考文献：

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