郝美玲

(遼寧澤龍水利實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，遼寧 新民 110300)

1 研究背景

排水溝道是灌區(qū)農(nóng)田灌排系統(tǒng)的重要組成部分，具有農(nóng)田排水、泄洪、排澇，保證農(nóng)作物正常生長(zhǎng)的重要作用[1]。對(duì)于北方寒區(qū)的灌區(qū)而言，受到土壤地質(zhì)環(huán)境以及干濕凍融循環(huán)等諸多因素的影響，排水溝道的崩塌破壞已經(jīng)成為制約灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，對(duì)灌區(qū)排水溝道邊坡采取合理的治理和加固措施，對(duì)提高排水溝道的使用年限，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)豐收具有十分重要的意義[2]。目前，灌區(qū)的排水溝道邊坡固坡方案主要由柳樁草護(hù)坡、干砌石護(hù)坡、賓格石籠護(hù)坡、漿砌石護(hù)坡以及土工袋護(hù)坡等[3]組成。對(duì)上述護(hù)坡方式在凍融條件下的砌護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，無(wú)疑具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。渾北灌區(qū)是遼寧省北部地區(qū)渾河流域的重要灌區(qū)，由于地處遼河中下游平原，地勢(shì)低洼，因此是遼寧省洪澇災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，由于各種原因，灌區(qū)排水溝道已經(jīng)多年沒(méi)有清淤治理，排水能力不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，灌區(qū)積極申請(qǐng)和籌集資金，進(jìn)行田間排水溝道的整治工作。此次研究以灌區(qū)排水溝道整治工程為背景，通過(guò)試驗(yàn)研究的方式對(duì)寒區(qū)排水溝道不同砌護(hù)方式的砌護(hù)效果進(jìn)行對(duì)比研究，以期為灌區(qū)排水溝道整治工程提供有益的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)段

研究中選擇的排水溝道試驗(yàn)段位于灌區(qū)唐三家子村境內(nèi)，為東西走向，地貌特點(diǎn)為洪積平原，土壤類型主要為灌淤土。灌淤土的厚度一般在80cm左右，土壤的質(zhì)地多為中壤土或輕壤土，表層存在輕度的水土流失現(xiàn)象，但并不嚴(yán)重。在試驗(yàn)段地面以下150～300cm的范圍內(nèi)分布有厚度不等的流沙層。溝道的邊坡受到砂層以及干濕凍融交替循環(huán)作用的影響，排水溝道的邊坡經(jīng)常會(huì)發(fā)生局部的坍塌和滑移破壞。

2.2 試驗(yàn)方案

針對(duì)試驗(yàn)段的實(shí)際情況以及施工材料和工程成本，研究中選擇柳樁草護(hù)坡、干砌石護(hù)坡、賓格石籠護(hù)坡以及土工袋護(hù)坡等四種不同的護(hù)坡方式進(jìn)行試驗(yàn)研究。其中，每種護(hù)坡方式的砌護(hù)長(zhǎng)度為20m，試驗(yàn)段總長(zhǎng)度為80m。每種砌護(hù)方案具體參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

方案1：木樁草土護(hù)坡。該方案主要以木樁、竹片以及稻草為原料對(duì)排水溝道的邊坡進(jìn)行砌護(hù)。沿著排水溝道的水流方向，在距離溝道坡腳50cm的部位設(shè)置長(zhǎng)度為1.8m的木樁，其間隔為30cm，在木樁頂部以下50cm的部位鋪設(shè)長(zhǎng)60cm的竹片，然后將稻草捆成長(zhǎng)、寬分別為50cm和30cm的捆，并將其作為墊層[4]。

方案2：干砌石護(hù)坡。在排水溝道的兩側(cè)采用厚度為40cm的片石干砌體，坡度設(shè)置為1 ∶2。在砌體的背部鋪設(shè)一層土工布作為反濾，土工布下為厚度20cm的素土墊層。在坡腳的部位設(shè)置兩層規(guī)格為50cm×100cm×100cm的土工格柵石籠大腳基礎(chǔ)，提高砌護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[5]。

方案3：格賓石籠護(hù)坡。在溝道兩側(cè)設(shè)置厚度為30cm的格賓石墊砌護(hù)，在其背部設(shè)置一層土工布作為反濾，在坡腳的部位設(shè)置兩層規(guī)格為50cm×100cm×100cm的鉛絲籠塊石基礎(chǔ)，提高整個(gè)砌護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[6-7]。

方案4：土工袋護(hù)坡。在排水溝道順?biāo)较蚓嚯x坡腳0.7m的部位，打入間隔為40cm、長(zhǎng)度為2.0m的木樁，緊貼木樁頂鋪設(shè)長(zhǎng)度為60cm的竹片，在木樁后鋪砌寬度70cm、高度15cm的3層土工袋，形成木樁支擋土工袋基礎(chǔ)。在上部采用錯(cuò)縫搭接的土工袋砌護(hù)，袋子之間保持4～8cm的間隙，在鋪設(shè)完成之后用素土填充并夯實(shí)。在土工袋之間利用特定的聯(lián)結(jié)扣搭接。

2.3 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

研究中對(duì)不同試驗(yàn)段進(jìn)行原型監(jiān)測(cè)，溝道南北兩側(cè)的監(jiān)測(cè)位置相對(duì)應(yīng)，監(jiān)測(cè)所使用的試驗(yàn)儀器和監(jiān)測(cè)內(nèi)容基本相同[8]。為了判斷邊坡的穩(wěn)定性以及滑動(dòng)變形的特點(diǎn)，需要對(duì)邊坡內(nèi)部進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。具體方法為：在不同方案砌護(hù)面的上層豎直打孔設(shè)置多點(diǎn)位移計(jì)，每個(gè)孔內(nèi)設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)底部豎直向上40cm和120cm部位的豎向變形。對(duì)于每種砌護(hù)方案，選擇位于中間部位的典型斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的對(duì)比期從2019年11月20日開(kāi)始經(jīng)歷兩個(gè)冬季凍融期，歷時(shí)480天，每30天統(tǒng)計(jì)一次，記錄一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

3.1 北坡位移變化對(duì)比分析

試驗(yàn)中對(duì)北坡不同高度的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制出如圖1和圖2所示的不同高度位移變化曲線。由圖可知，不同砌護(hù)方式下，北坡的位移量隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)出不斷波動(dòng)增大的變化特點(diǎn)，同時(shí)冬季凍融時(shí)段的位移量明顯偏大，說(shuō)明凍融作用對(duì)位移量的影響是比較明顯的。另一方面，120cm部位測(cè)點(diǎn)的位移量明顯大于40cm部位測(cè)點(diǎn)。這說(shuō)明靠近地表部位的凍融影響更為明顯。從不同砌護(hù)方案的對(duì)比來(lái)看，方案4，也就是土工袋砌護(hù)方案的位移變化相對(duì)比較穩(wěn)定，而其余三種方案的后期變形量有顯著的增大，特別是格賓石籠護(hù)坡方案，在第二年冬季凍融季節(jié)，其位移量存在顯著增大，說(shuō)明護(hù)坡本身的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差。究其原因，主要是其余三種方案抗凍融性能不足，隨著試驗(yàn)時(shí)間的推移，結(jié)構(gòu)本身也會(huì)產(chǎn)生比較明顯的劣化作用。土工袋本身存在一定的張力，可以對(duì)邊坡土體產(chǎn)生比較明顯的約束作用，隨著時(shí)間的推移，溝道的邊坡土體在土工袋荷載的作用下，壓縮固結(jié)程度不斷提升，因此整體穩(wěn)定性會(huì)不斷提高，可以起到更好的邊坡加固作用。

圖1 北坡40cm部位位移量變化曲線

圖2 北坡120cm部位位移量變化曲線

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取如表1所列的排水溝道北坡不同方案下的位移變形量均值。由表中的結(jié)果可以看出，方案1、方案2和方案3的位移量均值相對(duì)比較接近，方案4的位移量均值明顯偏小。在40cm測(cè)點(diǎn)部位，方案4的位移量均值為2.64mm，較方案1、方案2和方案3分別減小了約46.5%、40.9%和48.0%；在120cm測(cè)點(diǎn)部位，方案4的位移量均值為9.50mm，較方案1、方案2和方案3分別減小了約42.8%、30.7%和30.7%。由此可見(jiàn)，采用土工袋護(hù)坡可以有效抑制排水溝道的邊坡位移變形，相較于其他三種方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。

表1 不同方案北坡變形量均值

3.2 南坡位移變化對(duì)比分析

試驗(yàn)中對(duì)南坡不同高度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制出如圖3和圖4所示的不同高度溝道岸坡位移變化曲線。由圖可知，不同砌護(hù)方式下，南坡的位移量隨著時(shí)間變化的特征與北坡基本相同，呈現(xiàn)出隨時(shí)間的推移而波動(dòng)增大的變化特點(diǎn)，同時(shí)冬季凍融時(shí)段的位移量明顯偏大，說(shuō)明凍融作用對(duì)位移量的影響是比較明顯的。另一方面，120cm部位測(cè)點(diǎn)的位移量明顯大于40cm部位測(cè)點(diǎn)。從不同砌護(hù)方案的對(duì)比來(lái)看，方案4，也就是土工袋砌護(hù)方案的位移變化相對(duì)比較穩(wěn)定，而其余三種方案的后期變形量有顯著的增大，說(shuō)明護(hù)坡本身的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差。造成上述變化特點(diǎn)的原因與北坡基本相同，這里不再贅述。

圖3 南坡40cm部位位移量變化曲線

圖4 南坡120cm部位位移量變化曲線

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取如表2所列的排水溝道南坡不同方案下的位移變形量均值。由表中的結(jié)果可以看出，方案1、方案2和方案3的位移量均值相對(duì)比較接近，方案4的位移量均值明顯偏小。在40cm測(cè)點(diǎn)部位，方案4的位移量均值為2.36mm，較方案1、方案2和方案3分別減小了約47.44%、41.0%和49.0%；在120cm測(cè)點(diǎn)部位，方案4的位移量均值為8.98mm，較方案1、方案2和方案3分別減小了約47.5%、41.2%和49.1%。由此可見(jiàn)，采用土工袋護(hù)坡可以有效抑制排水溝道的邊坡位移變形，相較于其他三種方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。

表2 不同方案南坡變形量均值

4 結(jié) 論

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，土工袋砌護(hù)作為一種新型排水溝道固坡模式，可以產(chǎn)生良好的砌護(hù)效果，能夠有效治理灌區(qū)農(nóng)田排水溝道岸坡滑塌的難題。具體來(lái)看，新型土工袋砌護(hù)體具有柔性擋土墻的特點(diǎn)，具有良好的穩(wěn)定性。同時(shí)，土工袋還具有良好的透水不透漿性能，可以有效避免滲透和管涌破壞。在土坡內(nèi)部充填棄土之后，會(huì)增加張力并反作用于土體，對(duì)邊坡的土體具有良好的約束作用。此外，新型土工袋具有良好的抗化學(xué)腐蝕和防紫外線性能，可正常使用10年以上，具有較好的耐久性。因此，土工袋砌護(hù)農(nóng)田排水溝道具有良好的工程效果，可以在排水溝道中推廣應(yīng)用。