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摘要：通过河套灌区排水沟坍塌治理和排干沟现场试验，得出排水沟坍塌治理的工程措施及施工质量控制。河套灌区配套工程现已竣工16年，工程运行正常设计断面完好，成功的解决了排水沟的坍塌设计和施工关键技术问题，应用天然砂石料护坡治理排水沟坍塌效果显著,得到普遍应用。
关键词：排水沟 治理 运行 防护 天然砂石料
中图分类号：S726文献标识码： A
一、工程简介
河套灌区配套工程，其主要目的是疏通排水系统，降低地下水位。配套工程建设关键技术问题是沟道的防塌治理措施。也是配套工程建设成败的关键。为此，在1986年开始，3年之间分别在排干沟进行了工程应用试验，用天然砂石料在排干沟建试验段，进行护坡治理。并对试验段进行了全断面观测、从观测结果看，设计断面整齐稳定。在河套灌区排水沟防塌设计中，采用了试验应用成果效果完好。并采用当地的天然砂石料，治理沟道塌坡，造价低，施工方便。
二、工程设计
河套灌区明沟排水体系，仍采用原设计断面。用园弧法和近似园弧法分析计算边坡基土稳定性，计算结果不产生滑动破坏。实际排水沟边坡坍塌情况是，粘性土不塌坡，无粘性和微粘性土如砂壤土、粉砂、极细砂塌坡严重。通过分析和试验，无粘性土凝聚力极微或不存在，土颗粒，粒径小，内摩擦角較小，在渗流压力作用下内磨擦角要减小二分之一，极易产生渗透变形破坏。对这类土质边坡的设计，内磨擦角Φ应取二分之一。
这样河套灌区排水沟边坡渗透稳定计算：如设渗透稳定系数为K，则内摩擦角Φ，凝聚力C和K存在下列关系式：
K≥1，不产生渗透变形破坏 K＜1，产生渗透变形破坏。
从统计资料看，这类土凝聚力C可忽略不计，抗剪强度仅由内磨擦角Φ大小确定。在饱和渗流状态下内磨擦角要减小二分之一，边坡稳定计算式应为：
B－排水沟设计坡角m－稳定边坡系数
三、排水沟的治理途径
排水沟塌坡的根本原因是地下水位高，土质抗剪强度低、冻胀性强，在渗流压力作用下产生渗透变形破坏，在负温作用下产生冻胀破坏。治理排水沟塌坡、稳定边坡基土必须从这两方面考虑。
1． 排水沟工程的治理途径
（1）降压疏导法
河套灌区因地下水位高，不能改变，只能采取疏导办法排出。解决方法可用降压排水，通过内部排水褥垫或滤水管道将渗水引出，降低基土表面渗透压力和逸出点高度，使基土不产生渗透变形破坏。
（2）换填基土法（工程防护）
边坡基土抗剪强度低，有冻胀性，在一定区域范围可换填一种抗剪强度和水力比降大且无冻胀性的材料，使基土不再产生冻胀破坏。
（3） 放缓边坡法
放缓边坡法也是一种经济有效措施。在渗透压力作用下，边坡上土料的稳定状态，取决于土粒本身凝聚力C，内磨擦角Φ和允许水力比降。
2． 排水沟治理措施
无论降压排水，还是换填基土，其目的都是保护渗流出口，不产生渗透变形，不产生冻胀破坏，归结为一点就是畅通排水，稳定坡脚、防止冻胀。这是治理流沙地段排水沟塌坡的唯一有效途径。治理排水沟塌坡，根据河套灌区实际，考虑经济可行、安全可靠、施工简便、有利管理等。采用了两种排水沟塌坡治理措施，即放缓边坡和工程防护。
（1）放缓边坡措施
排水沟堤坡可视为一座土坝，下游坡为排水沟实际边坡，沟中水位视为坝后水深。下游边坡稳定与否，与其上下游水头差大小和边坡土质有关。以K作为渗透稳定系数，则它是C、Φ和m的函数，即K＝f（C·Φ·m）。K≥1，边坡上土粒稳定， K＜1，边坡上土粒不稳定。在流沙地段，土粒凝聚力极微或者不存在，可忽略不计。内摩擦角对确定的基土是一定值，因此若要土粒在边坡上保持稳定，边坡系数需达到一定数值。根据力系平衡方程式计算，考虑无粘性土在饱和渗流状态下的特性，内磨擦角在25°－32°之间，边坡系数m为6-10，也就是说边坡渗透稳定系数K≥1，边坡上基土不产生渗透变形破坏。
（2） 排水沟防塌措施
工程防护可采用多种多样型式。在河套灌区排水沟坍塌治理中，考虑当地具体实际，着重采用的结构型式为天然砂石料护坡，即在排水沟边坡出逸点处加上安全超高为排水沟边坡防护高度H，在此范围内改换边坡表面基土，将部分渗透稳定性差的基土，换成一种渗透稳定性好的砂石料。
四、排水沟断面设计
基础资料有，如基土主要物理力学性能、水力断面要素、冻深和最大渗透压力等，由这些资料进行下列各项计算。
1．边坡稳定性计算：
（1）基土稳定性计算。利用园弧法和近似园弧法，验证坡体是否产生滑动破坏。
（2）基土边坡稳定性计算。按一定的安全系数，确定不产生渗透变形的边坡比，以便采用放缓边坡措施防止塌坡。
（3）砂石料反滤排水体厚度计算，根据可能出现的最大渗透压力，确定所需厚度，且满足贴面排水最小厚度。
2．渗流计算：
（1）逸出高度计算，确定工程防护高度。
（2）天然砂石料逸出坡降计算，以便和基土允许临界坡降进行比较。
（3）渗透压力计算，按常规进行。
安全系数：从防塌工程规模大小和重要性考虑，安全系数按四级土坝建筑物对待，采用1.20。
五、天然砂石料自然级配
工程实践证明，天然砂石料颗粒级配比较好，是一种比较好的反滤排水材料，它不仅使用效果良好，而且经济适用、施工简便。配套工程排水沟防塌设计已采用的反滤排水材料为一层天然砂石料（混合砂料）。天然砂石料作排水反滤层，大于5毫米的颗粒应有一定的限制。为了确保细粒料能够充满粒料的孔隙，使粗粒料不被架空，按照级配理论，粗粒料含量应小于60％，通常40-50％比较适宜。只要砂石料中细料部分和被保护土的细粒部分，满足太沙基公式，则这种砂石料就可直接作为反滤排水材料使用。天然砂石料颗粒级配变化较大，需要进行试验，控制大于5毫米的粒径＜60％，小于0.1毫米的粒径＜5％。
六、结论
防塌工程，通过十六年的运行情况看，排水沟防塌工程结构合理，防边坡坍塌作用明显，排水沟断面整齐。多年来未进行沟道清淤，同往年3—5年清淤一次相比，打通一次全域干沟至少要投入5000多万元人民币。且无法保证在3—5年内都在正常排水，降低地下水位。解决不了土壤盐碱化的危害。
由于河套灌区排水沟防塌工程成功应用这一技术成果，不仅能大大降低运行费用，且很好的解决了土壤盐碱化的危害，排水排盐质量、数量明显提高。尤其停灌期间大量的排除地下水，使灌域内，地下水位平均降低20—40cm，盐碱荒地脱盐效果显著，扩大了灌溉面积，改造了盐碱荒地，改良了中低产田，形成较好的灌排体系。受益面积由开始的一条线发展为—个“带”，进而受益到一个“面”。天然砂石料防塌措施经多年的应用，盐碱荒地脱盐效果显著，已取得显著的经济效益、社会效益和生态效益。并形成良好的生态环境。
综上所述，天然砂石料反滤排水体防塌措施技术成熟，安全可靠，耐久性好、造价低廉。在河套灌区排水工程流沙严重塌坡段已推广应用，其它类似地区的排水沟及低坝下游贴坡反滤料也可使用天然砂石料防护。
关键词：排水沟 治理 运行 防护 天然砂石料
中图分类号：S726文献标识码： A
一、工程简介
河套灌区配套工程，其主要目的是疏通排水系统，降低地下水位。配套工程建设关键技术问题是沟道的防塌治理措施。也是配套工程建设成败的关键。为此，在1986年开始，3年之间分别在排干沟进行了工程应用试验，用天然砂石料在排干沟建试验段，进行护坡治理。并对试验段进行了全断面观测、从观测结果看，设计断面整齐稳定。在河套灌区排水沟防塌设计中，采用了试验应用成果效果完好。并采用当地的天然砂石料，治理沟道塌坡，造价低，施工方便。
二、工程设计
河套灌区明沟排水体系，仍采用原设计断面。用园弧法和近似园弧法分析计算边坡基土稳定性，计算结果不产生滑动破坏。实际排水沟边坡坍塌情况是，粘性土不塌坡，无粘性和微粘性土如砂壤土、粉砂、极细砂塌坡严重。通过分析和试验，无粘性土凝聚力极微或不存在，土颗粒，粒径小，内摩擦角較小，在渗流压力作用下内磨擦角要减小二分之一，极易产生渗透变形破坏。对这类土质边坡的设计，内磨擦角Φ应取二分之一。
这样河套灌区排水沟边坡渗透稳定计算：如设渗透稳定系数为K，则内摩擦角Φ，凝聚力C和K存在下列关系式：
K≥1，不产生渗透变形破坏 K＜1，产生渗透变形破坏。
从统计资料看，这类土凝聚力C可忽略不计，抗剪强度仅由内磨擦角Φ大小确定。在饱和渗流状态下内磨擦角要减小二分之一，边坡稳定计算式应为：
B－排水沟设计坡角m－稳定边坡系数
三、排水沟的治理途径
排水沟塌坡的根本原因是地下水位高，土质抗剪强度低、冻胀性强，在渗流压力作用下产生渗透变形破坏，在负温作用下产生冻胀破坏。治理排水沟塌坡、稳定边坡基土必须从这两方面考虑。
1． 排水沟工程的治理途径
（1）降压疏导法
河套灌区因地下水位高，不能改变，只能采取疏导办法排出。解决方法可用降压排水，通过内部排水褥垫或滤水管道将渗水引出，降低基土表面渗透压力和逸出点高度，使基土不产生渗透变形破坏。
（2）换填基土法（工程防护）
边坡基土抗剪强度低，有冻胀性，在一定区域范围可换填一种抗剪强度和水力比降大且无冻胀性的材料，使基土不再产生冻胀破坏。
（3） 放缓边坡法
放缓边坡法也是一种经济有效措施。在渗透压力作用下，边坡上土料的稳定状态，取决于土粒本身凝聚力C，内磨擦角Φ和允许水力比降。
2． 排水沟治理措施
无论降压排水，还是换填基土，其目的都是保护渗流出口，不产生渗透变形，不产生冻胀破坏，归结为一点就是畅通排水，稳定坡脚、防止冻胀。这是治理流沙地段排水沟塌坡的唯一有效途径。治理排水沟塌坡，根据河套灌区实际，考虑经济可行、安全可靠、施工简便、有利管理等。采用了两种排水沟塌坡治理措施，即放缓边坡和工程防护。
（1）放缓边坡措施
排水沟堤坡可视为一座土坝，下游坡为排水沟实际边坡，沟中水位视为坝后水深。下游边坡稳定与否，与其上下游水头差大小和边坡土质有关。以K作为渗透稳定系数，则它是C、Φ和m的函数，即K＝f（C·Φ·m）。K≥1，边坡上土粒稳定， K＜1，边坡上土粒不稳定。在流沙地段，土粒凝聚力极微或者不存在，可忽略不计。内摩擦角对确定的基土是一定值，因此若要土粒在边坡上保持稳定，边坡系数需达到一定数值。根据力系平衡方程式计算，考虑无粘性土在饱和渗流状态下的特性，内磨擦角在25°－32°之间，边坡系数m为6-10，也就是说边坡渗透稳定系数K≥1，边坡上基土不产生渗透变形破坏。
（2） 排水沟防塌措施
工程防护可采用多种多样型式。在河套灌区排水沟坍塌治理中，考虑当地具体实际，着重采用的结构型式为天然砂石料护坡，即在排水沟边坡出逸点处加上安全超高为排水沟边坡防护高度H，在此范围内改换边坡表面基土，将部分渗透稳定性差的基土，换成一种渗透稳定性好的砂石料。
四、排水沟断面设计
基础资料有，如基土主要物理力学性能、水力断面要素、冻深和最大渗透压力等，由这些资料进行下列各项计算。
1．边坡稳定性计算：
（1）基土稳定性计算。利用园弧法和近似园弧法，验证坡体是否产生滑动破坏。
（2）基土边坡稳定性计算。按一定的安全系数，确定不产生渗透变形的边坡比，以便采用放缓边坡措施防止塌坡。
（3）砂石料反滤排水体厚度计算，根据可能出现的最大渗透压力，确定所需厚度，且满足贴面排水最小厚度。
2．渗流计算：
（1）逸出高度计算，确定工程防护高度。
（2）天然砂石料逸出坡降计算，以便和基土允许临界坡降进行比较。
（3）渗透压力计算，按常规进行。
安全系数：从防塌工程规模大小和重要性考虑，安全系数按四级土坝建筑物对待，采用1.20。
五、天然砂石料自然级配
工程实践证明，天然砂石料颗粒级配比较好，是一种比较好的反滤排水材料，它不仅使用效果良好，而且经济适用、施工简便。配套工程排水沟防塌设计已采用的反滤排水材料为一层天然砂石料（混合砂料）。天然砂石料作排水反滤层，大于5毫米的颗粒应有一定的限制。为了确保细粒料能够充满粒料的孔隙，使粗粒料不被架空，按照级配理论，粗粒料含量应小于60％，通常40-50％比较适宜。只要砂石料中细料部分和被保护土的细粒部分，满足太沙基公式，则这种砂石料就可直接作为反滤排水材料使用。天然砂石料颗粒级配变化较大，需要进行试验，控制大于5毫米的粒径＜60％，小于0.1毫米的粒径＜5％。
六、结论
防塌工程，通过十六年的运行情况看，排水沟防塌工程结构合理，防边坡坍塌作用明显，排水沟断面整齐。多年来未进行沟道清淤，同往年3—5年清淤一次相比，打通一次全域干沟至少要投入5000多万元人民币。且无法保证在3—5年内都在正常排水，降低地下水位。解决不了土壤盐碱化的危害。
由于河套灌区排水沟防塌工程成功应用这一技术成果，不仅能大大降低运行费用，且很好的解决了土壤盐碱化的危害，排水排盐质量、数量明显提高。尤其停灌期间大量的排除地下水，使灌域内，地下水位平均降低20—40cm，盐碱荒地脱盐效果显著，扩大了灌溉面积，改造了盐碱荒地，改良了中低产田，形成较好的灌排体系。受益面积由开始的一条线发展为—个“带”，进而受益到一个“面”。天然砂石料防塌措施经多年的应用，盐碱荒地脱盐效果显著，已取得显著的经济效益、社会效益和生态效益。并形成良好的生态环境。
综上所述，天然砂石料反滤排水体防塌措施技术成熟，安全可靠，耐久性好、造价低廉。在河套灌区排水工程流沙严重塌坡段已推广应用，其它类似地区的排水沟及低坝下游贴坡反滤料也可使用天然砂石料防护。