灵渠地质工程：南渠渠道地质问题及挖方工程解决方案

灵渠的渠道分南渠、北渠。南渠在湘江西南面，沟通湘江与漓江，把湘江之水引入漓江；北渠在湘江北岸，自分水塘迂回曲折地通向湘江。

南渠全长33.15千米，分为三段，即全人工段、半人工段和天然河道段三段。

全人工段长4100米，又可分为两小段。

第一小段自南渠渠首起，经四贤祠、飞来石，穿过兴安县城至大湾陡止，全长3150米，此段东侧渠堤俗称秦堤。渠道基本顺着湘江左岸延伸，流向北45°西，建于一级阶地后缘，左侧为全人工开挖的渠堑，右侧为石砌的渠堤，水面宽8～15米，水深1.0～1.8米。渠道经过的地方，大部分为冲积亚黏土，少数挖到二级阶地上的砾石层，在飞来石附近挖到石炭系的石灰岩及其上的坡残积粉质黏土。

第二小段自大湾陡起，穿过湘江与漓江的分水岭越城岭，至铁路村（原名铁炉村）附近接漓江小支流始安水止，长950米。渠线走向为自大湾陡起，由北西折向西，穿过越城峤后再转向南西，水面宽6～13.5米，水深0.7～1.3米。渠道经过的地方为坡残积的亚黏土、粉质黏土，渠底有石炭系石灰岩，岩层走向北35°西，倾向北东，倾角为40°。此段都是挖方渠道，穿过越城峤的那段深挖方渠道长约为300米，据历史文献记载，其开挖深度约为30米。渠道底部已挖到石灰岩，而在当时的技术条件下，要完成如此巨大的挖方工程，是十分艰巨的。20世纪70年代以来，由于人工开挖取土及建设需要，坡顶已削平，人们见到的渠堑只有10多米高。

半人工段自始安水起沿天然河道而下，曲折向西，在霞云桥附近与砚石水相汇，河面稍宽，流经茄子塘、架枧田、灵山庙至赵家堰村附近与零水（清水河）汇合止，长6250米。此段渠道是利用天然小河扩展而成，但人工开凿扩宽的痕迹明显，水面宽7～15米，水深0.2～1.3米。渠道经过的地方为坡积冲积土、粉质黏土、亚黏土夹少量碎石及砂砾，渠边及渠底见泥盆系石灰岩，岩层走向北东，倾向南东，倾角为20°～30°。渠道附近有许多秀丽挺拔的石灰岩孤峰。

天然河道段从灵渠与清水河汇合口起经马头山、江西坪、车田直至灵河口与大溶江汇合止，全长22.80千米，沿途有多条支流汇入，水量增大，河面渐宽，水面宽15～50米，水深0.5～3米。此段除黄龙堤附近曾开凿新渠道使渠水曲折迂回以减小渠道比降外，其他地段均为天然河道，很少有人工开凿的痕迹。河道经过之处为第四系冲积亚黏土、亚砂土、砂砾石，泥盆系石灰岩和砂页岩等。(www.xing528.com)

北渠全长3250米，开凿于湘江北岸宽阔的一级阶地上，通过人工挖成的两段连续弯曲的“S”形渠道，以降低渠道比降。第一段“S”形渠道从竹枝堰下游的弯陡至花桥村旁，第二段“S”形渠道从花桥村旁至洲子上村附近。北渠除从北陡口到竹枝堰一段为填方渠道外，其余均为挖方渠道。渠道经过的地方地势平坦，地面仅高于渠水面0.5～1.5米，渠道沿线为冲积的亚黏土和砂卵石，未见基岩露出。

灵渠自秦代建成以来，到新中国成立前，历代关于修渠的记载有37次，其中大修26次。修渠的主要内容：一是修复被冲毁的渠堤；二是疏浚被淤塞的渠道；三是凿去渠底妨碍航行的礁石；四是增设和维修陡门。其中，后面两项涉及渠道的工程地质问题，即边坡稳定和渗透稳定问题。

边坡稳定问题主要存在于挖方渠道，尤其是深挖方地段，由于水流冲刷，边坡失稳崩塌，造成渠道淤塞，因此历史上关于渠道淤塞后进行疏浚的记载很多。边坡失稳的问题在南渠第一段全人工段比较严重，因为这一段渠堑开挖较高，容易失稳；南渠第二段半人工段为天然河道扩宽且多岩石，第三段基本上是天然河道，故这两段边坡稳定问题不大。北渠渠堑不高，边坡失稳的概率较小。

对灵渠的渠道来说，最重要的工程地质问题是渗透稳定问题。南渠第一段右侧是人工堆砌的秦堤，紧靠湘江，渠水外渗造成渗透破坏的可能性很大。据民间传说，在秦代修渠之初，筑秦堤曾经历过两次失败，第三次筑堤才得以成功。通过现代水利学分析，前两次修渠失败的原因，可能是此处当时是伸向江边的一个山脊，前两次修渠为了省工，紧靠湘江在山脚凿渠，开闸放水时渠水外渗，由于渗径短、渗透坡降大以及防渗不善，很快就产生机械潜蚀而造成渠堤损坏，但也不排除江水对渠堤的冲刷和渠道因泄洪设施不完善造成漫顶而破坏的可能性。第三次修渠吸取了前人的教训，将土山脊凿开，露出岩石（即现在所见的“飞来石”），把渠道移至飞来石左侧，使渠道与湘江之间的距离拉大，使得渗径加长，渗透坡降减小，避免了渗透破坏，再通过在下游200米处设置了泄水天平，使洪水及时排泄，才筑成秦堤。飞来石附近的湘江边有成层的石灰岩出露，其岩性和产状与飞来石的相同，证明它们曾经是连在一起的岩盖。

秦堤虽然修成，但是秦汉至唐代以前的秦堤，是以泥土、石块和杂束筱（成捆的小竹子）等材料修筑，渗透稳定问题相当严重，尤其是在飞来石到泄水天平这一段渠道，距离湘江不过10米，最近处5～6米，而渠道水位与湘江水位高差达4米，渠水外渗时，渗透坡降较大，极易造成机械潜蚀而使渠堤损坏。直到唐代鱼孟威修灵渠时，用巨石砌筑渠堤约20千米，渠道的渗透稳定问题方得以基本解决。