1典型断面计算
所计算典型断面渠基为重粉质壤土，渗透系数根据不计算工况假设确定，渠道地下水水位高于渠底７．２２ｍ，渠道底宽１７ｍ，一级边坡系数为１∶２．０。（１）稳定渗流。稳定渗流计算分为渠内设计水位稳定渗流和渠内无水稳定渗流两种工况。由于土层渗透系数（１０－６～１０－４ｃｍ／ｓ）、沙砾垫层渗透系数（１０－３～１０－２ｃｍ／ｓ）等存在一些不确定因素，因此选取典型断面不同的土层渗透系数的组合情况，对衬砌混凝土板下压力水头开展敏感性分析，结果见表１～表３，其中，板下最大水头列括号内为渠内无水情况下的水头，括号外为渠内设计水位情况下的水头。（２）非稳定渗流。衬砌透水垫层及排水管网的设计不仅取决于稳定渗流工况，而且取决于非稳定渗流计算结果。稳定渗流时渠道无水为控制工况，这种情况下渠基与衬砌透水垫层相接处的逸出点接近渠道底部，仅渠底部集水管起作用。然而，正常水位波动所产生非稳定渗流工况下边坡３层集水管均起作用。因此，需要进行非稳定渗流计算。非稳定渗流计算以渠道设计水位骤降０．３ｍ、沙砾层渗透系数ｋ＝１．０×１０－２ｃｍ／ｓ为基本工况，进行不同土质渗透系数、不同沙层厚度、排水管不同间距的组合计算。计算结果见表。２．３结果分析对于稳定渗流情况，最大水头在沙砾料层厚度为５ｃｍ、沙砾料层渗透系数为０．００１０ｃｍ／ｓ、基础土层渗透系数为３．６３×１０－４ｃｍ／ｓ的时候最大，为１３．５２６ｃｍ；在沙砾料层厚度为２０ｃｍ，沙砾料层渗透系数为０．０１０ｃｍ／ｓ、基础土层渗透系数为３．６３×１０－６ｃｍ／ｓ的时候最小，为１．５５４ｃｍ。可以看出，在沙砾料层厚度一定的情况下，最大扬压力受基础土层渗透系数影响比较大，最大扬压力随基础土层渗透系数的增大而增大，特别是在沙砾料层较薄的情况下，影响更大；同时，最大扬压力也随着沙砾料垫层增厚而减小，随沙砾层渗透系数的减小而增大。对于非稳定渗流情况，最大水头在排水管间距为６ｍ、沙砾料层厚度为１０ｃｍ、沙砾料层渗透系数为１×１０－２ｃｍ／ｓ、基础土层渗透系数为１×１０－４ｃｍ／ｓ的时候最大，为２９．９ｃｍ；在排水管间距为２ｍ、沙砾料层厚度为２０ｃｍ、沙砾料层渗透系数为１×１０－２ｃｍ／ｓ、基础土层渗透系数为１×１０－５ｃｍ／ｓ的时候最小，为１．２ｃｍ。可以看出，最大扬压力受沙砾料层厚度、排水管间距影响较大。
2调整措施
渠线沿线，地质条件复杂，为保证渠道内坡渗流稳定及衬砌稳定，针对渠坡、渠底渗流计算结果及排水复核结果对原有排水措施进行调整，同时在保证工程安全的前提下优化排水管网间距及垫层厚度，以节省投资。（１）纵向排水管间距。在土层渗透系数为１．０×１０－５ｃｍ／ｓ，排水管间距为６ｍ，沙砾料层厚为２０ｃｍ时，衬砌板下最大水头值为０．１５４ｍ，出现在渠坡，其扬压力分布见图１。此时扬压力呈波形分布，折算成均布水头为０．０９８ｍ。但渠道衬砌板为４ｍ一块，混凝土衬砌板所能承受的最大均布水头为０．１ｍ，此种分布形式所产生的扬压力接近于渠道所能承受的最大均布水头。因此在其他边界条件不变的情况下，为保证渠道衬砌稳定，排水管间距应该布置为６ｍ左右。对排水管做以下调整：对地下水水位高于渠道设计水位的渠段，两侧渠坡及渠底均设置３排纵向集水管；对地下水水位低于渠道设计水位而高于渠底３ｍ以上的渠段，两侧渠坡及渠底均设置２排纵向集水管；对地下水水位高于渠底３ｍ以下的渠段，两侧渠坡及渠底各设１排纵向排水管。（２）垫层厚度。沙砾料垫层的厚度受内坡渗控影响，要作为反滤层，保证内坡渗透稳定；对于整个排水体系来说，垫层的厚度直接影响衬砌板下扬压力的大小；同时考虑施工因素，垫层不宜太薄。因此对排水垫层做以下调整：垫层料为沙砾（石）混合料，粒径为０．２～２０．０ｍｍ，初步确定混合料粒径Ｄ１５≤０．７ｍｍ，沙砾料层渗透系数为１．０×１０－２ｃｍ／ｓ；对地下水位高于渠道设计水位的渠段，沙砾料层厚度为２０ｃｍ，渠底、渠坡均铺设；对地下水水位在设计水位和高于渠底２ｍ之间的渠段，渠底铺设厚度为２０ｃｍ的沙砾料层，渠坡铺设厚度为１０ｃｍ的沙砾料层；对地下水位在高于渠底２ｍ和渠底之间的渠段，渠底铺设厚度为１０ｃｍ的沙砾料层，渠坡铺设厚度为５ｃｍ的沙砾料层；对地下水位低于渠底的渠段，渠底、渠坡仍铺设厚度为５ｃｍ的沙砾料垫层。
3结语
采用有限元法复核渠道排水，建立了渠道衬砌排水管网的计算模型，就不同沙砾料垫层厚度和渗透系数及不同排水管间距组合进行敏感性分析，通过提高沙砾料垫层渗透系数、调整排水管间距和沙砾料垫层厚度，解决高地下水水位渠段衬砌板下扬压力较大的问题，针对不同的地下水位，选取合理、经济的处理措施，以优化排水设计，节省工程投。
作者：张帅 陈妍 马慧敏 单位：河南省水利勘测设计研究有限公司 河南黄河水文勘测设计
