灌区混凝土预制块衬砌渠道冻胀破坏探讨.pdf
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1、第 4 6卷 第 4期 2 0 1 0年 4月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Ga n s u W a t e r Co n s e r v a nc y a n d Hy d r o p o we r Te c h no l o g y V o 1 4 6 No 4 Ap r , 2 0 1 0 设计与研究 灌区混凝土预制块衬砌渠道冻胀破坏探讨 李丰春 ( 玉门市水务局, 甘肃 玉门7 3 5 2 1 1 ) 摘要: 冻胀是造成衬砌渠道破坏的主要因素 , 同时抗冻胀问题处理也是渠道工程建设中的重点和难点。通过分析小 昌马灌区混凝土预制块衬砌渠道的破坏原因, 并提 出防治措施及建议, 有利于
2、渠道管理。 关键词: 预制块衬砌渠道; 冻胀破坏; 防治措施 ; 小昌马河灌区 中图分类号 : T v 6 9 8 2 + 6 文献标识码 : B 1 工程概况 玉门市小 昌马河灌 区位于甘肃省西部河西走廊 的西部 , 玉门市新城区西南 9 0 k m处, 祁连山北麓、 照壁山以南的祁 连山脉之中, 为四面环山中间低凹的冲洪积盆地 , 灌区实际 灌溉面积 2 1 5万亩, 全部为河灌面积。该灌区冬季寒冷, 夏 季炎热, 昼夜温差大 , 多年平均气温 3 9, 极端最高气温 3 6 4, 极端最低气 温一 3 6 5, 最大冻土深度 1 5 0 e m。 灌区 内干支渠工程多建 于 2 0 世纪
3、 6 0 7 O年代 , 经过几十年运行 , 冻胀破损严重, 特别使混凝土预制块衬砌渠道冻胀使渠坡变 形、 塌陷、 预制块脱落, 造成渠道输水能力逐年下降 , 基本丧 失了防渗功能, 虽然每年调用大量的劳力和资金对进行渠道 维修改造 , 也只能维持渠道运行 , 没有解决 渠道 冻胀 问题 。 因 此, 2 0 0 6年小昌马河灌区支渠工程被甘肃省水利厅列入灌 区续建配套与节水改造项 目, 工程投资 4 7 4 1 8万元, 新建 、 改建支渠 1 0条 2 3 6 5 k m。 为了解决渠道冻胀问题 ,分析渠道冻胀破坏的原因, 采 取有效的措施, 对保证渠道的正常运行 , 减少工程投资和维 修
4、养护的费用意义重大。 2 渠道冻胀破坏原 因分析 2 1 气温低下, 基土冻融变化, 破坏混凝土预制块防渗体 由于灌 区没有调蓄水利工程设施 ,秋冬灌溉 面积 大 , 每 年 1 1 月中旬才能停水。 渠道输水时, 渗入土层的回归水没有 及时排走 , 在负温情况下土壤水冻结而土体膨胀 , 使刚性衬 砌体开裂、 隆起 ; 在春季消融时, 土体失去强度 , 使衬砌体塌 陷或滑动。衬砌体开裂、 隆起、 塌陷和滑动的结果, 直接影响 着土层上部渠道的稳定性, 导致基土上渠道受到不同程度的 破坏 。低温气候是 混凝土预制块渠道冻胀破坏的主要原因。 2 2 混凝土预制块 自身的条件不足, 抗冻胀能力弱 小
5、昌马灌区混凝土预制块衬砌渠道多建于 2 O 世纪 6 o 7 O年代, 由于受当时经济条件限制, 混凝土预制块预制大多 采用人工震捣, 密实度不够, 达不到防冻要求。 再加上渠道衬 砌是一种线路性工程, 距离长、 厚度小、 分布广 , 设计中难以 按照集中性枢纽、 单个建筑物那样从结构尺寸上考虑抗冻胀 要求 , 而只能从经济和防渗的角度考虑薄薄的一层, 这样的 结构, 重量轻, 稳定性差, 抗冻性差, 在负温下冻结成冰, 体积 膨胀作用下引起的应力超过材料强度时, 即产生裂缝, 冻胀 体 的多次循环而破坏 。 2 3 渠道无设置伸缩缝 , 也是渠道冻胀隆起变形破坏因素 之一 根据渠道 工程防渗
6、设计规范 ( s L 1 8 2 0 0 4 ) , 设计支渠 沿纵向设置道伸 缩缝 , 但对小 昌马灌 区混凝土预制块衬砌的 渠道实地勘察, 大多数渠道无设置伸缩缝 , 有设置伸缩缝的 每 2 O 4 0 m设置一条, 不符合工程设计规范要求。渠道如果 冻胀, 无法伸展, 造成渠道隆起变形破坏。 3 防治 措施及 建议 3 1 优化设计 , 提高混凝土预制块衬砌渠道的防冻能力 ( 1 )渠道断面型式和衬砌材料的选 择 玉门市小昌马灌区已衬砌的渠道都采用梯形断面, 但防 冻能力差 , 渠道冻胀严重。 为了提高渠道自身的防冻能力, 续 建配套与节水改造项 目在设计中采用了整体性好 ,占地少, 抗
7、冻胀 能力强 的弧形底梯形 断面。在衬砌材料 的选择上 , 选 择了预制混凝土衬砌和细粒混凝土砌石衬砌两种方案进行 技术经济比较。经综合比较分析, 预制混凝土衬砌方案优于 浆砌石衬砌方案 。经过技术方案 比选 , 工程 项 目支渠 工程设 计采用弧形底梯形断面, 预制混凝土衬砌方案, 弧形渠底、 渠 坡衬砌厚度均为 6 e m。材料设计混凝土强度等级为 1 2 1 5 , 抗 冻等级为 F l 0 o 。 ( 2 )基土置换抗冻胀 根据地质勘查资料, 小昌马灌区续建配套与节水改造项 目支渠渠床大部分座落在粉质砂壤土层上, 为了防止渠道及 渠 系建筑物在冬季发生冻胀破坏 , 对渠道工 程项 目进
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