5.5 防扬压设计
当地下水位高于输水渠渠底且渠道内无水或地下水位高于输水渠内水位且水位差较大时，混凝土衬砌就会受地下水浮托力的作用，并可造成混凝土板隆起或滑坡等破坏。非输水期必须采取有效的排水措施，降低地下水位，消除对衬砌体的浮托力。
5.5.1 防扬压力技术措施研究
根据输水渠沿线的地形、水文地质和工程地质特点，参照国内外类似工程的排水设计运行实践经验，经多方案比选和试验研究，确定采用多种防扬压技术措施。
5.5.1.1 渠底暗管井排
结合防湿陷设计研究的多元功能排水技术方案，在渠底暗管井排降水满足防扬压要求的同时，可有效地满足机械化施工的要求。具体布置:在输水渠渠底以下两侧纵向设置暗管辅以反滤盲沟，疏干渠床渠基周边影响范围内的重力水及侧渗水，通过横向集水管汇入输水渠一侧的集水竖井，然后再通过自动控制的电井泵，在起泵水位和停泵水位变幅内，将地下水自动抽排入输水渠内，如图5-52所示。
排水系统设计选择:按照渠道衬砌工程最不利的水位组合，同时满足疏干渠床地基水分的水位降深的要求，遵循瞬变流理论，即水头随时间变化的非稳定流状态，按工程地质和水文地质分区，分别渠段进行分析计算，其排水量取各地质剖面不同地层岩性组合的最大外包值，并以此确定暗管规模、集水井井距等设计指标。
图5-52 暗管集水与自动抽排系统示意图
5.5.1.2 渠坡暗管逆止排水
对于渠床为风化岩或软黏土，不适宜疏干排水的渠段，需分散排水减压，即排水工程只需起到平衡扬压的单一减压作用，因此，采用了渠坡暗管自流内排型式。渠坡暗管逆止排水系统包括:集水暗管及其反滤材料;逆止式集水箱及出水管。该排水型式在输水渠两侧坡脚处的混凝土板下设暗管集水，每隔一定距离设一逆止式集水箱，集水箱出水管的出口高于渠底。当地下水位高于输水渠水位时，地下水通过排水暗管汇入集水箱，逆止式阀门开启，由出水管自排入输水渠内，平衡渠道内外水位差，减少浮托力，防止扬压破坏;反之阀门关闭，维持渠道防渗功能，如图5-53所示。对于地下水位超过渠底2m以上的渠段，需在渠底以上1.1m处再增设一道排水设施。
图5-53 渠坡暗管逆止排水示意图
5.5.1.3 渠坡暗管逆止排水+渠底逆止阀排水
对于渠道紧邻黄河，受黄河侧渗影响较大，且渠底有承压水层，为防止地下水顶托破坏，在渠坡采用暗管自流内排的基础上，在渠底中央纵向加设一道碎石盲沟强透水带(土工织物+碎石)+逆止阀排水，如图5-54所示。
图5-54 渠坡暗管逆止排水+渠底逆止阀排水示意
5.5.2 暗管井排设计
5.5.2.1 排水系统的结构及布置
多元功能暗渠井排的排水系统包括:吸水暗管及其反滤料盲沟;横向集水暗管;集水井及抽排系统。
(1)吸水暗管和反滤料盲沟。吸水暗管沿输水渠渠底以下两侧布置，设计比降分别为1/800与1/900，由渠道上下游两端向井位处汇水，吸水管起点高程距输水渠渠底1～1.38m。采用直径为200mm的软式透水管，外侧包一层400g/m2土工布，周围用中粗砂填充，以加强反滤效果。
(2)横向集水暗管。通向集水井的横向集水暗管采用直径为400mm混凝土管，周围用中粗砂填充。设计比降1/20。吸水管与集水暗管交汇处，分别采用PVC三通管、四通管连接。
(3)集水井及抽排系统。根据排水量计算成果，在该排水段中部的输水渠左堤上，布置一眼集水井，井深15m，井底高程距输水渠渠底8.78m。井壁与横向集水暗管孔口处，采用混凝土预制旁通井管衔接。集水井旁通井管以上采用内直径为400mm混凝土管，以下采用多孔陶瓷管，其中多孔陶瓷井管外先包400g/m2土工布，再沿井管周围回填100mm厚中粗砂。集水井内潜水电泵随井管内水位变幅自动间歇启停。
5.5.2.2 排水量计算
计算条件选择对渠道衬砌工程最不利的水位组合，在满足渠床地基水位降深要求的同时，考虑施工难易程度的因素加以确定。经分析，选择输水渠内无水，且渠床地下水位由最高地下水位降至渠底以下1～1.38m的组合情况。该组合条件下的水位差最大，排水流量亦最大。计算如图5-55所示。
流向水平集水建筑物的潜水运动A.H.科斯嘉科夫公式，其公式为:
图5-55 计算简图
此时，降落曲线的纵坐标按下式计算:
经计算，暗管井排方案排水量取各地质剖面不同地层岩性组合的最大外包值，采用吸水管每米单侧排水流量为0.24m3/h;根据排水流量的大小，排水段按600m计，集水井初始排水流量为288.7m3/h。根据排水计算成果，集水井设计排水流量采用300m3/h。暗管井排系统图见图5-56。
图5-56 暗管井排系统图(单位:mm)
5.5.3 渠坡暗管自流内排设计
5.5.3.1 暗管自流内排排水系统的结构及布置
暗管自流内排系统包括:集水暗管及其反滤材料;逆止式集水箱及出水管。
(1)集水暗管和反滤材料。集水暗管沿左右两侧渠坡布置，比降与渠底一致;上、下排暗管高距为1m。其中下排暗管中心在渠底以上0.15m位置处;采用直径为150mm软式透水管，外侧包一层400g/m2土工布，周围用中粗砂填充。
(2)逆止式集水箱和出水管。逆止式集水箱采用工程塑料箱体，设有集水室和排水室。集水暗管和集水箱连续间隔埋设，集水暗管两端分别插入集水室，当地下水位高于渠内水位即外水压力大于内水压力时，逆止式阀门开启，地下水进入排水室。集水箱出水管采用硬质聚乙烯塑料管，出水管径为60mm，管长为660mm，以1/50坡降坡向输水渠一侧。
上下排逆止式集水箱呈梅花状间隔布置。集水箱安装高程及水平位置，要求集水孔中心与排水暗管中心重合，集水箱水平安放。
逆止式集水箱构造及安放如图5-57所示。
图5-57 逆止式集水箱构造及安放图(单位:mm)
5.5.3.2 排水流量计算
排水计算选择对衬砌工程最不利的水位组合，即汛期渠道停止输水，渠床地下水位为最高地下水位的时期。计算如图5-58所示。
根据沿线地下水位的变化，土质的差异与渗透系数的大小，将全线划分为57个区段计算排水流量。
排水流量计算，参照霍赫浩特方程，如下式所示:
图5-58 暗管自流内排计算简图
L——暗管排水的影响范围L=6000hk1/2，m;
D1——暗管水位至不透水层的等效深度，m。
疏水渠双侧或单侧排水暗管的排水流量，如式(5-51)和式(5-52)所示:
集水箱出水管出流计算，按水力学中短管出流的情况考虑，其计算公式如式(5-53)所示:
经计算，集水箱出水管的出流量为:
根据输水渠沿线的设计条件及地质条件，首先计算出各渠段每米长暗管的排水流量，然后根据集水箱出水管的出水流量计算集水箱的设置间距:其中下排间距15m，上排间距30m。集水箱出水管的管径选用60mm。
5.5.4 渠底盲沟自流内排设计
5.5.4.1 暗管自流内排排水系统的结构及布置
暗管自流内排系统包括:排水盲沟;防淤堵逆止排水系统。
(1)排水盲沟。排水盲沟沿渠长方向在渠底布置3条，分别布置在渠底中心和渠底两侧，沟底比降同输水渠渠底比降;盲沟开挖断面为60cm×60cm，沿开挖断面铺设一层400g/m2土工布后，回填碎石;开挖断面与土工布之间回填50mm厚中粗砂，以加强反滤效果。
(2)防淤堵逆止式排水系统。防淤堵逆止式排水系统由集水管和出水室两部分组成。集水管垂直埋入盲沟内，管径100mm，管壁上有多个透水孔，透水孔孔径10mm;集水管与出水室连接处设阀口和逆止式阀门，其中阀口直径100mm;出水室直径150mm，高200mm，埋入渠底混凝土板内，出水室的上顶端设可上下移动的防淤罩;出水室出水口高出渠底150mm。
5.5.4.2 排水流量计算
渠底盲沟自流内排与渠坡暗管自流内排计算原理、计算方法一致。经计算，防淤堵逆止式排水系统出口流量为2.76×10-3m3/s。
根据排水系统出口流量计算逆止阀的设置间距为15m，并在渠底梅花状布置。