浑北总干渠渠道滑坡因素分析与治理

2014-04-02王海涛

黑龙江水利科技 2014年11期

王海涛

(沈阳市浑北灌区管理中心，沈阳110035)

1 工程概况及研究意义

1.1 浑北总干渠现状

浑北灌区位于辽宁沈阳市西北部，总干渠东起灌区渠首进水闸，经东陵区、大东区、沈河区、皇姑区、于洪区至北干渠进水闸，总干渠全长27 km;北干进水闸以下为北干渠，北干进水闸至蒲河入口，北干渠全长9 297 m。渠道多年运营中一直为对其进行有效的治理，加之北干渠为土质渠道，渠道两侧滑坡现象日益严重，致使渠道淤塞不畅，对其功效的发挥造成了严重的阻扰，亦对整个灌区综合效益的实现造成了极大的负面影响。

1.2 渠道滑坡治理的意义

在现代农业中，水利工程的有效灌溉是确保农业长久持续发展的重要基础与保障。而作为水利灌溉工程中输水环节主要主体的渠道对于灌区内农业灌溉效果的优劣有着直接的影响。我国在过去数十年中灌溉渠道建设取得了卓越的成就，但受限于过去修建技术的影响，大部分渠道多为土质渠道而未进行专业的衬砌施工，加之渠道所处自然环境较为恶劣以及后期治理中的不足，渠道滑坡现象频发，极大地阻挠了其渠道输水功效的发挥，已成为威胁灌区灌溉安全的重要因素之一［1］。加强对其引发因素的研究和防治措施的探索对于促进渠道灌溉功效的正常发挥和我国农业发展有序、长久进行，有着巨大的推动作用。

2 浑北总干渠渠道滑坡机理分析

2.1 外在因素

2.1.1 地质岩性

浑北总干渠地处广阔的东北平原，其地表土层多为黄土状黏土与亚黏土，有着显著的崩裂与失陷特性，一些土地甚至为盐碱地有着明显的亲水性、分散性、风干性与碎胀性。此类的土层一旦失去水分则会变得干、脆、硬，而充水后又会变得软、滑、易塑。渠道两侧边坡上的土壤由于水位变化范围的影响，水位上下两部分处于明显相异的状态。下部土壤充水饱和，受到水流的软化与冲刷自身处于立陡状，且持续进行着剥落，为滑坡现象的出现埋下隐患。

2.1.2 气候因素

浑北总干渠地处东北高纬度地区，冬季最低温度时常保持在－20°，渠道极易出现冻融破坏。两侧边坡土壤中的水分冻结后致使其整体发生膨胀，土壤颗粒重新排布或土壤团粒发生破坏，导致土层的强度降低，而冻土在溶解后则是保持松软的膨胀状态并不会恢复到原有状态。如此在多年“冻结—融解—冻结”的反复作用下，渠道两侧土壤的黏结力不断降低直至为零。待到天气转暖后，渠道边坡会出现沿渠道方向的裂隙，严重的就会造成滑坡。

2.1.3 渗透水流作用

浑北总干渠渠道为土质结构，渠外地表常年积水而逐级向渠内不断渗透，致使渠道两侧土层沼泽化，渠道地基逐渐变软基，边坡饱和过度，整体抗剪性能大幅降低，滑坡发生概率提升。

2.2 内在因素

在施工中各类人为因素亦是导致渠道发生滑坡的重要因素之一。在施工的建设期，施工工艺选择的不当或施工过程的不规范，譬如爆破方法的不当均会导致边坡下滑力增大，引起滑坡;未对所选用施工材料的质量进行严密的筛选，或者前期地层勘探不足，使得所选用的施工材料与地层土质不符，难以有效结合，从而导致滑坡发生［2］。

3 渠道滑坡的防治措施

3.1 降低外水位

鉴于浑北总干渠外水位较高且渠道水流量偏大，当渠道暂停输水时，外水位就会逐渐向渠道内渗透，使得坡面侵润线过高。在冬季受低温影响，土壤中的水分发生冻结，体积膨胀出现裂隙而使得边坡抗剪性降低。在春季解冻时，内部冻结的土壤又易导致冰夹层的形成，阻碍土壤中水分的向下渗透形成塑性流动，对边坡造成破坏。因此，采取必要措施降低外水位从而使得侵润线大幅下降，对冻结时的水分来源进行有效阻隔，减少或避免冰夹层的出现，对渠道边坡的稳定意义显著［3］。具体来说可在渠道上选取适当位置构设一座或几座排水涵闸，以便停水后可迅速将堤外的积水排干，同时在距离堤角10～15 m的渠道外侧铺设一条同渠道同向的截流沟，用于降低堤外地下水位，进一步阻隔冻结时的水分来源。

3.2 边坡防护方案

由于浑北总干渠当前所发生的滑坡程度相对有限，对边坡滑坡的防护，边坡采用1∶2，边坡水位以下可使用轻型工程护坡，水位以上则采用植被护坡。工程护坡可使用土木格室护坡。这种方法所采用的是高分子聚合材料经过有效焊接后构成的三维状网络结构。在使用时先有施工人员将其拉开成网状后在其中装入碎石、沙土等物料从而构成一种组合性护坡体，这种方法不但稳定性较佳、成本低廉且有着一定的抗冲蚀能力。此外，完整的土木格室有着一定的延展性，对冻结造成的膨胀变形有较强适应力，可有效弥补采用块石骨架或混凝土板进行护坡体时会出现的架空、松动等不足。这一方案中所选用的固脚形式则需根据边坡破坏的不一采用以下3 种方法:①浆砌石固脚。这种方法应用广泛，相关技术较成熟、安全性较高;②编织袋固脚。这种方法材料来源广、工艺简单、成本较低;③钢筋混凝土预制件固脚。这种固脚稳定性最好、但成本较高。，

植被护坡则是指在治理后的渠道边坡上种植杨柳、芦苇、蒲草等具有耐碱、耐淹特性的植被进行护坡。此外，还可先在整理后的边坡上设置网垫，后在网垫上种植植物，从而构成三维的植被护坡体系，不仅能避免植被在种植初期被雨水冲刷随着所种植物的成长，整体的护坡效果还会逐渐增强。这类绿色护坡手段不仅可有效降低滑坡发生的概率更可美化环境、调节生态。

3.3 砂砾换基

对渠道已有地基的治理，使用诸如砂砾石等非冻胀性的材料将地基中一定厚度的易冻胀土层置换出来对于冻胀变形的治理效果显著。具体换填中所换土层的厚度则受到地基土质、所处渠道位置、地下水埋藏深度等因素影响。土质黏重性越高、地下水深度越浅，需置换的厚度也就越大;在同一个渠道断面上，渠道上部基土比其下部和渠底的基土因含水量、冻胀强度较小，加之阳坡冻深小于阴坡，渠道上部比下部所需换置的厚度也小很多。依据实践得知，边坡上部的换填比率约为50% ～70%，边坡下部与渠底的换填比则为70% ～80%。风积砂则是一种应用效果极佳的非冻胀材料，在渠道地基的治理中有着良好的应用前景。