土建类助理工程师论文交口抽渭灌区防渗抗滑试验的必要性

　　交口抽渭灌区位于陕西省关中平原东部，渭河下游，是一个以渭河为灌溉水源、灌排并举的大型电力抽水灌区。设施灌溉面积126.2万亩，有效灌溉面积 112.96万亩。灌区西起临潼区石川河，东到大荔县沙苑地区，东西长48.6km;南临渭河，北靠蒲富卤泊滩，南北宽31.9km。地理坐标为北纬 34°33′20″到34°50′00″,东经109°15′25″到109°48′45″。灌区辖灌西安、渭南两市的临潼、阎良、临渭、富平、蒲城和大荔六个县(区)，涉及33个乡(镇)。灌区总人口79.9万，其中农业人口77.5万。

　　灌区属暖温带半干旱季风区，春季少雨多风，气候干燥，气温回升快;夏季高温炎热，常有伏旱和局部暴雨;秋季降温迅速，气候温凉，多连阴雨;冬季晴冷干燥，风多而雨雪稀少。多年平均气温13.4℃，极端最高温度为42.2℃，极端最低温度-15.8℃，最大冻土深度为20cm。灌区多年平均降水量548.5mm，年内分布不均，7至9月份为 269.8mm，占年降水总量的49.2%。灌区年水面蒸发量为1003.1mm，夏季气温高，蒸发量大，6月～8月达436.9mm，占年蒸发量的 43.6%。灌区故有“十年九旱”之说。

　　灌区建有抽(排)水站30座，安装机组137台，总装机容量29627kW。其中：抽灌泵站26 座，安装机组108台，总装机容量24852kW;分八级抽水，累计净扬程86.25m(累计总扬程95.83m)，加权平均净扬程35.0m(加权总扬程 39.2m);灌溉设计抽水流量41.14 m3/s。建有排水站4座，安装机组29台，装机容量4775kW，设计排水流量38m3/s;设计排水控制面积117万亩，有效排水面积77万亩。

　　灌区建有总干渠1条，长度36.2km;分干渠4条、长度59.62km;事故退水渠1条、长度5.2km;支渠34条、长度256.35km;干支渠建筑物1714座;灌区排水系统由相排、西排、东排、孝排、南排及直排六大排水系统组成，共有干沟4条、长度87.05km，支沟55条、长度 323.01km，干支沟各类建筑物1802座。

　　灌区建成后，大大改变了当地的农业生产基本条件，粮棉产量稳步提高，是陕西省重要的粮棉生产产地之一。

　　二、工程地质与水文地质

　　1、区域地质概况

　　1)地形地貌

　　灌区西北、北、东北略高，呈“簸箕形”向灌区中、南部倾斜。自南向北，依次为渭河一级阶地、二级阶地、三级阶地、黄土台塬和卤泊滩洼地。各级阶地均以第三纪和第四纪下更新世时期的咸水湖沉积地层为基座，构成了灌区地下咸水的地质基础。

　　2)地质构造

　　本区位于汾渭断陷盆地的北部边缘与鄂尔多斯地台交汇地带，受祁吕贺“山”字型构造体系的影响，发育了一系列北东向和近东西向的断裂构造。灌区构造单元位于I21南界及I22北界，以渭河断裂为界，构造稳定差。

　　3)地震基本烈度

　　根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2008),工程区地震动峰值加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，地震反应谱特征周期为0.45s，相应的地震基本烈度为Ⅷ度。

　　2、灌区水文地质

　　地下水分潜水和承压水两种类型。渭河一、二级阶地含水层厚度35m，单井涌水量100 m3/h;三级阶地含水层厚度30～60m，单井涌水量30～100 m3/h。地下水总的流向和地面坡度大体吻合，即西北流向东南。潜水面比降随地形而异，一般在0.5～1%。

　　三、试验缘由

　　1、灌区排水工程存在的问题

　　灌区具有较为完善的排水网络。地下水位得到有效控制，渍涝、盐碱两个灾害基本解除。但灌区自然损坏和人为破坏排水系统的现象比较普遍，导致排水沟系淤积严重，排水不畅。据初步调查统计：干沟淤积深度平均在2～3m，支沟淤积深度平均在1～2m，干支沟被倾倒的垃圾堵塞200多处，填埋耕种20.3km，占总长的5%。

　　2011年9月，灌区累计降雨259 mm，给灌区带来巨大灾害，造成明水面积达29.77万亩，绝收5.2万亩，许多房屋倒塌，直接经济损失6.1亿元。此次内涝灾害范围之广、灾害之重，为历年之最。据实测资料统计，目前灌区地下水位埋深在0～2m的面积32.54万亩，2～5m的面积39.7万亩， 5m以上的面积59.5万亩。灌区94km干渠中有20km为填方渠段，有74km为挖方渠段，其中挖方渠道在5m以上的14km，半挖半填的有 39km，以上渠段中位于地下水埋深0～2m区9km，2～5m区7km。

　　2、地下水埋深0～5m区域渠道工程存在的问题

　　自 1998实施的全国大型灌溉续建配套节水改造项目对全灌区干、支渠道工程进行加固改造及防渗衬砌，项目实施十多年来，灌区工程状况得到了较大的改变，防渗能力有较大的提高，但位于灌区地下水埋深在5m以内的挖方和半挖半填渠道，由于受地下水位变化幅度的影响，部分渠道存在防渗与排水相悖的情况，导致渠底鼓起，边坡失稳等现象。为了进一步寻求解决方案，交口灌区拟在典型渠段进行防渗抗滑试验。

　　四、试验方法

　　1、典型试验渠段的选取及其基本情况

　　结合灌区实际，经现场勘测调研，本次试验拟选取北干渠北倪站前500m、东干渠蒲阳站前500m作为典型渠段进行防渗抗滑试验。

　　北干渠由总干渠3号闸引水，至富平县境内张桥站，全长15.76km，承担着临渭区、临潼区、富平县、蒲城县四县区，田市、官底、下吉、吝店、关山、党睦、原任、张桥等12个乡(镇)40.80万亩农田的灌溉输水任务。东干渠由总干渠末尾引水，经胡家站至蒲城县境内的南王站，全长10.48km，承担着临渭区、大荔县、蒲城县，吝店、南师、交斜、官路、张家、凭信、党睦、下寨等11个乡(镇)31.64万亩农田的灌溉输水任务。北干渠北倪站前500m、东干渠蒲阳站前500m,处于灌区中部，渠道走向南北向，均为挖方渠道。该渠段属渭河二级阶地，沉积成因为全新世晚期冲积成因黄土，黄土状砂质黏土、沙砾石，底部下更新统河湖相砂质黏土、沙砾石，属于基座阶地，土层厚度大约在30～50m之间，土层结构致密，质地比较均匀，地基承载力特征值较高，一般在 160KPa。该渠段浅层地下水以潜水形式存在，补给形式以天然降水和灌溉水为主，近几年年内除秋季外地下水埋深基本稳定在3m～4m左右，但8、9月份多雨季节地下水位会有较快上升。地下水矿化度在0～1.7g/L，地下水质一般。由于地下水位埋深较浅，受水位变化幅度的影响，该渠段防渗与排水相悖的情况较为严重，衬破板、渠岸曾发生多次坍塌，虽经多次处理，仍无法从根本上解决问题。2011年秋季持续强降雨，造成该渠段衬砌板结构完全损毁，渠岸垮塌严重，渠堤整体滑塌(如下图所示)，水毁极为严重，严重的水毁造成北干渠、东干渠过水能力降低，无法正常运行，特别是夏灌，很难满足抗旱需求，直接威胁下游农田的正常灌溉。

　　2、典型渠段防渗抗滑试验设计

　　1)渠道衬砌设计情况

　　北干渠北倪站前500m、东干渠蒲阳站前500m，该渠段横断面设计方案均为弧脚梯形，内坡比1:1.25、1：1，水力参数如下表所示。衬砌结构形式为浆砌石衬砌，弧脚底板厚度50cm，边坡板厚度30～50cm，采用M7.5水泥砂浆砌筑， M10水泥砂浆抹面，弧脚底板基础采用抛石处理。每8m设一道横向伸缩缝，缝宽2cm，采用沥青砂板条填充。该渠段水毁修复目前尚未实施。

　　力要素表：

　　2、防渗抗滑试验

　　利用已有成功经验，在试验段进行现场防渗抗滑试验。借鉴的成功经验为：增设渠基排水系统，即在渠底、渠坡混凝土或砌石防渗层设置适当间距的逆止式排水器及排水管组成渠基排水系统，当地下水位低于渠道水位时，由混凝土或砌石防渗层和逆止式排水器组成防渗系统，解决了渠道渗漏问题;当地下水位高于渠道水位时，由逆止式排水器及排水管组成地下水的排出系统，减弱了渠基地下水扬压力对边坡板的顶托作用，使边坡板不至于受顶托作用而发生错位并产生滑坡破坏。通过增设渠基排水系统解决地下水扬压力对防渗层结构的顶托破坏在我国地下水位较高区域渠道防渗工程中已得到广泛应用，效果良好。

　　借鉴上述经验，结合试验段实际情况，经分析论证，拟采取的试验方法及参数为：增设渠基排水系统，即试验段渠道每隔4m在砌石防渗层渠底中心处、高于渠底0.7m左岸渠坡处、高于渠底0.7m右岸渠坡处分别设置由逆止式排水器、排水管及反滤层组成的渠基排水通道。逆止式排水器规格为DN80，排水管选用φ100PVC-U 管，管口采用500mm×500mm无纺布土工织物绑扎，下部铺设500mm×500mm×200mm反滤料垫层。另外，为了便于观测试验渠段地下水位变化情况，拟在左、右岸渠堤分别设置5孔、共设置10孔地下水位观测井，观测井孔径D=300mm，井深20m，采用混凝土井管。

　　五、试验目的与结果

　　在借鉴已成经验的基础上提出新的衬砌方案，解决水位变化较大渠段的防渗抗滑问题。通过灌区两个灌溉年度的通水运行，利用取得了良好的效果，值得在高地下水位区推广和使用。