南水北调中线总干渠高地下水位内排渗控研究.pdf

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1、第41卷第16期人民长江Vo1．41，No．162010年8月YangtzeRiverAug．，2010文章编号：1001—4179l2010)l6—0055—04南水北调中线总千渠高地下水位内排渗控研究黄炜，肖万格，姚雄2(1．长江勘测规划设计研究院规划处，湖北武汉430010；2．南水北调中线干线工程建设管理局，北京100038)摘要：南水北调中线工程总干渠渠线长，沿线工程地质、水文地质条件复杂，部分输水明渠地下水位高于渠底高程，通过设置砂砾料排水垫层、透水软管及逆止阀等工程措施将地下水排向渠内，以消除或减轻地下水压力对渠道

2、稳定的不利影响。高地下水位渗控设计是确定不同工程地质、水文地质条件下排水垫层厚度、透水软管及逆止阀布置方式的前提，是高地下水位渠段地下水内排设计的一项重要内容。结合南水北调中线总干渠高水位渠道渗控设计实例，分析了高地下水位内排渗控设计方案的影响因素，对高地下水位内排渗控措施布置原则、渗控设计的一般程序、渠道衬砌板抗浮稳定性分析方法以及地基渗透稳定性分析方法进行了探讨，研究成果可供高地下水位渠道的渗控设计借鉴参考。关键词：地下水位；渗控设计；抗浮稳定；大型渠道；南水北调中线一期工程中图法分类号：TV67文献标志码：A南水北调中线总

3、干渠设计方案中，输水明渠为全渠道水位时，逆止阀受压开启，地下水排人渠道；当地断面衬砌结构，采用C20混凝土现浇而成。渠坡衬砌下水位低于渠道水位时，逆止阀复位关闭，避免渠水外板厚10cm，渠底厚8cm，坡脚部位设置齿墙以提高渠渗。由于此类渠段地下水位很少出现低于渠道设计水坡衬砌板的抗滑稳定性，衬砌板下铺设复合土工膜进位的情况，因此一般不会出现因逆止阀性能下降而导行防渗。致渠水外渗的问题。总干渠沿线水文地质情况各异，局部渠段位于高为加强排水效果，排水垫层由强透水性的砂砾料地下水位区。通过采取工程措施消除地下水对渠道衬或中粗砂组成，厚

4、度根据具体渠段水文地质条件确定，砌板的不利影响是渠道设计中的一项重要内容。通过一般为10cm。为降低逆止阀淤堵的可能性，将逆止经济比较，采取将渠道外高地下水排向渠内来保证衬阀设置在渠坡及渠底中心，其中渠坡采用拍门逆止阀，砌板稳定性的方法较其他如加大衬砌板结构厚度的方其下缘距渠底5em，渠底采用球形逆止阀，布置在渠法更具经济合理性。对地下水位高于渠内运行水位的底中心。逆止阀通过三通管与纵向透水软管连接。透深挖方渠段，若地下水水质较好，一般通过设置排水垫水软管内侧为钢丝骨架，外侧为纤维缠绕粘结。透水层、透水软管及逆止阀将地下水排向渠

5、内。软管通过垫层汇集地下渗水，并经逆止阀将水排入渠针对总干渠沿线复杂的工程地质、水文地质条件，道。内排方案布置如图1所示。通过渗控设计，合理布置透水软管及逆止阀等内排渗2渗控设计控措施，保障渠道结构抗浮稳定，这是渠道设计的重要内容。渗控设计主要是根据具体渠段的工程地质、水文地质条件，通过渗流分析，选择合适的垫层材料及透水l高地下水位内排渗控措施软管，确定垫层铺设厚度、透水软管及逆止阀的铺设方南水北调中线总干渠高地下水位内排措施主要由式及密度，对渗控效果进行评价。渗控措施设计中垫排水垫层、透水软管、逆止阀等组成。当地下水位高于层、

6、透水软管及逆止阀等的布置均需满足衬砌板渗压收稿日期：2010—06—30作者简介：黄炜，女，高级工程师，主要从事水利规划及水工设计工作。E—mail：huangwei@cjwsjy．corn．on56人民长江图1内排方案布置(单位：cm)抗浮稳定要求。能存在抗浮稳定问题。渠基相对弱透水层的抗浮稳定影响高地下水位渠段内排渗控设计的主要因素计算见式(1)，其简图如图2所示。有：地下水位条件、渠坡土体渗透性、垫层材料渗透性、垫层厚度、透水软管透水性能及结构尺寸、布设密度以及逆止阀的间距等。2．1渗控设计一般程序总干渠高地下水位渠段内排

7、渗控设计一般按如下程序开展。(1)不考虑衬砌板与复合土工膜作用，开展施工期、运行期三维渗流场分析，并计算渠道渗流量。(2)根据施工期及运行期渗流场，初拟渗控措施，选择垫层材料及铺设厚度、透水软管及逆止阀布设方图2双层结构地层抗浮稳定计算模型示意案。(3)根据初拟的渗控措施，开展三维渗流场分析，抗浮稳定系数：并利用其结果进行抗浮稳定分析，从而对渗控效果进F=，，／(·‘，)(1)行评价。式中，为弱透水地层的浮容重，kN／m；为水的容(4)根据渗控效果，对渗控措施进行优化，直至渗控方案既安全又经济合理。重，kN／m；J为所分析地层的

8、平均垂直渗透比降，因此·J为渗透力，量纲与相同。对于有混凝土衬2．2渗控分析方法TJ6上。。砌．的。渠基抗一浮稳定问题，还应该考虑混凝土衬砌板提结合挖方渠段的地质资料和相应渠道衬砌及逆止供的抗浮力(图2)，进一步可表达为：阀排水设计，选择典型断面建立三维有限元渗