东港灌区渠道滑坡地段处理及参数设计

孙美玲，孙永春

（辽宁省东港市友谊灌区管理处，辽宁 东港 118300）

1 工程概况

东港灌区位于辽宁省东南部，地处鸭绿江和大洋河下游，东西长65km，南北宽40km，总控制面积1352km2，灌区内有耕地6.99万hm2，是丹东市主要水稻产区。东港灌区有大中小型水库20座，年总调节水量3.22亿m3，已建成铁甲、友谊两条主干渠，总长72.1km；分干渠11条，总长85.85km；支渠233条，总长333.28km。目前，东港灌区存在灌排标准低、泵站设备损坏严重、量水设施不完善等问题，因此决定投资7004.32万元对灌区渠道、泵站等进行改造。

2 渠道滑坡地段处理方案

本次东港灌区节水改造工程共涉及干渠长度22.08km，其中1.8km渠道为深挖方，深度普遍在5m以上，且边坡较陡，未做任何加固处理，存在滑坡隐患，因此工程先对滑坡进行处理。

2.1 处理方案

本渠段滑坡隐患有两种处理方案可进行比选，两种方案的优缺点如表1[1]。

表1 滑坡地段处理方案对比

由于本项目滑坡处理长度较大，而且滑坡较平缓，若采用钢筋混凝土箱涵成本较大，经综合比选决定采用浆砌石挡土墙处理滑坡。

2.2 浆砌石挡土墙设计

本渠段采用M7.5重力式浆砌石挡土墙加固处理，设计基础埋深0.8～1.0m，墙高范围1.8～2.9m，迎水坡坡比1∶1.5，背水坡坡比1∶1.6。挡土墙后部的滑动土体全部清除，并回填黏土分层压实，要求密实度不小于0.9。设计排水孔距前趾顶1.0m，间距设计2.0m[2]。

2.3 处理后边坡稳定性

由于滑坡对渠道正常运行影响较大，确定级别为4级，挡墙抗滑稳定系数为1.5，在此对挡土墙抗滑稳定性和基底应力进行验算。

2.3.1 抗滑稳定性计算

在此采用“刚体平衡公式”来核算基地面的抗滑稳定性安全系数kc，见式（1）[3]。

式中 f为地基软弱结构面摩擦系数；∑V 为墙体地基垂直载荷总和；∑H 为墙体承受的水平载荷总和。

2.3.2 基底应力验算

基底应力σ（单位kN/m2）验算利用公式（2）进行[4]。

式中 B为单位长度挡土墙底部面积；e为补偿系数。

计算结果如表2。

表2 挡土墙基底应力验算结果

经分析，无论渠道的正常或非常时期运行，其挡土墙抗滑稳定性kc和基底应力σ均大于标准值，且安全系数均在1.14以上，表明挡土墙满足使用要求。

3 渠道参数

3.1 渠道断面设计

本项目主要是对原有渠道进行拆除重建，因此尽量减少土工量。纵断面主要涉及到底坡坡率i的取值，总体维持原有渠道纵坡，坡率i=0.007。

渠道横断面有矩型、梯型、U型3种，为保证渠道结构稳定性，设计采用U型断面结构，横向断面图如图1[5]。

图1 渠道断面示意图

3.1.1 渠道衬砌超高h1和渠道超高h

渠道超过对于通流能力有着直接影响，一般包含衬砌超高h1和渠道超高h。依照表3经验数据，得出本项目h1=0.15m，h=0.3m。

表3 渠道衬砌超高h1和渠道超高h经验值表单位：m

3.1.2 渠道断面尺寸确定

渠道水力计算的核心点是根据设计流量、渠道糙率、渠道比降等参数求圆弧半径和水深。为简化计算过程，本项目直接利用各尺寸经验公式（3）计算[6]，结果如表4，得出本项目R=60cm，a=8°，H′=1.8m。

式中 H′为渠道圆弧以上水深；Na为直线段外倾角a对应的系数；R为渠底圆弧半径。

表4 U型渠道断面尺寸关系经验值

3.2 渠道衬砌及防冻胀设计

3.2.1 衬砌设计

根据工程实际，渠道衬砌可采用预制混凝土块衬砌和现浇筑混凝土衬砌两种方案，水泥型号最低强度为C20，衬砌厚度设计6cm。经估算，预制混凝土块衬砌投资55.2万元/km，现浇筑混凝土衬砌投资59.3万元/km，且预制混凝土块衬砌具有施工迅速、简单、不影响环境等优点，因此本项目决定采用衬砌方案。

3.2.2 防冻胀设计

由于项目区位于我国东北地区，冬季严寒漫长，渠道防冻胀是必须要采取的措施。本项目设计采用置换法来进行防冻胀。

3.2.2.1 设计冻深Z及置换深度Z0计算

根据经验公式计算设计冻深Z及置换深度Z0，如公式（4）和公式（5）。

式中 Ψd为日照及遮荫修正系数；Ψw为地下水影响系数；Zm为历年最大冻深，取值1.24m。

式中 ε为置换比；δ为衬砌板厚度，取值6cm。

经计算得出本项目渠道基础设计冻深Z=1.0m，其中渠道阳坡换基厚度范围30～50cm，阴坡换基厚度40～60cm。

3.2.2.2 置换材料

置换材料有砂砾石材料和聚乙烯苯板两种选择，两种方案的优缺点对比如表5。经过比选，由于聚乙烯苯板的使用寿命无法满足要求，确定砂砾石作为渠道防冻胀换基材料，置换深度为30～60cm。

表5 置换材料优缺点对比

4 结语

（1）东港灌区的渠道工程经过节水改造后，各方面均达到设计指标，渗流量降低95%以上，且通流能力增加30%，渠道输水基本覆盖了灌区的90%面积，极大地保证了灌溉效率。

（2）在渠道改造过程中，应遵循尽量多利用原来工程，减少工程量和投资额，注重渠道防渗和防冻胀，以保证渠道寿命。