改性PP纤维混凝土在季节冻土区渠道衬砌中的应用.pdf

第 1 2期 ( 总第 3 4 3期) 吉林水利 2 0 1 0年 l 2月 文章编号1 0 0 9 - 2 8 4 6( 2 O l O )1 2 - 0 0 0 5 - -0 2 改性 P P纤维混凝土在季节冻土区 渠道衬砌中的应用 高睿 ( 吉林省水利水电工程局 ，吉林长春1 3 0 0 1 2 ) 摘要】 吉林省是 最早在渠道防渗 工程 中使 用改性 P P纤维混凝土技术的省份 ，在 渠道 防渗衬砌工程 中取得 了较 好 的社会效益和经济效益。但在应用的同时，也存在着盲 目使用及使 用不 当等 问题 。因此 ，应科学认 识和客观 评价改性 P P纤维混凝土的性 能。并重视后评价工作。 关键词】改性 P P纤维混凝土 ；渠道护砌 ；防渗 ；冻胀 【 中图分类号T v 4 3 1 3 文献标识码】B 1 前 言 吉林省在水利工程 中采用改性 P P纤维混凝 土技术已有十年的历史 。目前在灌区渠道防渗护 砌中， 已得到广泛应用。在混凝土中掺入适量的改 性 P P纤维 ， 确实可改善混凝土的韧性 、 耐久性等 指标 ， 但在混凝土衬砌结构与厚度相同的条件下 ， 改性 P P纤维混凝土与普通混凝土相比 。 并不能改 善衬砌渠道的抗冻胀性能。因此 ， 在一些渠道护砌 工程中。 使用 P P纤维混凝土并未取得预期 的抗冻 胀效果 ， 甚至还有失败的实例 。事实上 ， 影响渠道 冻胀 的主要因素是冻深和冻胀量 ，就衬砌渠道而 言 ， 设计人员应根据渠道的地质与地形条件 ， 充分 分析渠道冻胀破坏原因 ， 提出具体的抗冻涨措施。 因此 。季节挡冻土 区的衬砌渠道应选择适宜的渠 道断面型式 、 衬砌材料和结构 ， 而不是单一 的应用 P P纤维混凝土就能解决渠道的冻胀破坏问题。 2 季 节冻土 区渠道冻胀破坏 的机理 渠道冻胀是 由渠道边坡土体的水分、土质及 外部气温等综合 因素决定的。水分 、 气温 、 土质是 渠道产生冻害的三个基本因素。 低温条件下 ，土体冻结时的含水量和外来水 补给条件是影响冻胀力的决定因素。经验证明， 如 果土体中不含水分 ，即使是低温下的强冻胀性土 壤也不会产生冻胀 。渠道冻胀发生的过程土体是 随温度的不断变化 ， 由表层到 内部 ， 由浅入深 的过 程 。 在冰结条件下 。首先在衬砌体和 土层 间的空 隙 中产生冰晶体 ， 在毛细力作用下 ， 土体中的水分 向上迁移 。 遇冰晶体使冰晶体越来越大。温度继续 降低 ， 在渠基土中也产生 了冰晶体 ， 同样在毛细力 的作用下 。 更深部位土体 中的水分向上部迁移 ， 并 在上部土体 中的冰晶体逐渐增大 使土体进一步 膨胀 ， 并形成冻土层 ， 使土体体积膨胀 ， 表面隆起 。 随气温的不断降低 ， 冻土层 的深度逐渐加大 ， 导致 冰冻而产生的冻胀力顶裂或顶起衬砌板而发生冻 胀破 坏【 ” 。 3 P P纤维 混凝 土衬 砌渠 道破 坏 的原 因分 析 从吉林省各灌区十年的运行效果看 ，改性 P P 纤维混凝土在填方渠道防渗衬砌工程 中总体上获 得 了较好效果 ， 但在土壤持水性较强的挖方渠道 ， 特别是粉质粘土挖方渠道中。 应用效果则较差。如 在梅河 口市 的海龙灌 区， 采用 P P纤维混凝土衬砌 的挖方渠道 。很多部位都出现了明显的冻胀破坏 现象 。如预制安装的混凝土板块脱落 ， 现浇混凝土 板块在水位上方一定高度开裂等。表 明在这种应 用条件下 。 改性 P P纤维混凝土护砌渠道并未达到 抗冻效果冈 。 导致渠道冻胀破坏 的决定因素是冻胀量 。根 【 收稿 日期2 0 1 o - l 0 L _ 1 3 【 作者筒介 高睿 ( 1 9 7 3 - ) ，女 。工程 师，本科 ，现从 事工程 建设与管理工作。 一 5 一 吉林水利 改性 P P纤维混凝土在季节冻土区渠道衬砌中的应用 高 睿 2 0 1 0年 l 2月 据 渠系工程抗冻涨设计规范 ( S L 2 3 2 0 0 6 ) 的规 定 ， 对于梯形断面的混凝土衬砌渠道 ， 渠道衬砌结 构的允许法向位移值为 0 5 1 O c m。规范的这一规 定表 明， 当渠道边坡或渠底的冻胀量超过 0 5 c m或 1 0 c m时 。 梯形断面的混凝土衬砌渠道则可能发生 冻胀 破坏 。 冻胀量的主要影响因素是冻深。 渠系工程抗 冻涨设计规范 ( S L 2 3 2 0 0 6 ) 对于冻胀量与设计冻 深 ， 也给出了理论与经验计算公式。 Z d = z m ( 1 ) 式中： z d 一 工程地点的天然设计冻深( c m) ； 乙一 历年最大冻深 ( c m) ； 一 考虑 日照及遮 阴程度的修 整系数 ； 一 地下水影响系数 ； 其中： = +( 1 一 ( 2 ) 式 中： 一 典型断面某部位的 日照及遮 阴程度 修正系数 ； O 一 系数 ， 根据工程所在的气候 区、 渠道 断面的轴线走向、断面形状及计算点的位置查得 确 定 。 -Z 1 犯 e 。 式中： 一 计算点的冻前地下水水位深度 ( m) ； Z 临近气象台站的冻前地下水埋深( m) ； 一 系数 ， 与土壤的性质有关。 渠道衬砌结构及板式护面结构的冻胀量的计 算式为 ： h f =h z ,d ( 4 ) 式中 ： h f - 衬砌渠道的冻胀量( c m) ； h 一 工程地 点天然冻土层的冻胀量( c m) ； Z ， 一 护砌渠道下部设 计冻深 ( c m) ； Z d 一 工程地点的天然设计冻深( e ra) ， 对于衬砌厚度小于 0 5 m时 ， Z f = 一 0 - 3 5 一1 6 8 ( 5 ) 式 中 ： 一 混凝 土板 厚度 ； 一 板 上冰 层厚度 。 从公式( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 、 ( 4 ) 、 ( 5 ) 可 以看 出， 工程设计 冻深主要与历年最大冻深 、 渠道的走 向、 地下水埋 深有关 。护砌渠道的冻胀量与天然冻土层的冻胀 量、渠道护砌后设计冻深与天然状态的设计冻深 的比值呈线性关系 ，与护砌厚度及护砌材料的热 阻也有关。 经特殊改性 的 P P纤维掺人 到混凝土中后 ， 可 提高混凝土的抗冻融能力 。但表 面护砌材料抗冻 融能力的提高 ，并不代表着被保护土体抗冻 能力 的提高。P P纤维混凝土与普通混凝土同为非保温 护砌材料 ， 热阻系数相同。渠道冻胀发生在边坡土 体内， 与采用 的护砌材料关系甚微2 1 。因此 ， 单纯采 用改性 P P纤维混凝土护砌 并没有改变混凝土板 块后土体 的自然条件及物理性质 。因此也就不能 提高渠道的抗胀能力。 改性 P P纤维 能够减少混凝土产生原 生裂缝 的数量和长度 ， 能够提高水工混凝土抗 冲击 、 抗疲 劳能力 ，提高混凝土的抗渗 、抗冻融等耐久性指 标。但这种混凝土并不是万能的。 对衬砌渠道不采 取保温防渗、基土还填压密措施 ，而单纯依靠 P P 纤维混凝土抵抗冻胀是没有科学道理和根据的。 4 结语 单纯采用 P P纤维混凝 土护砌冻胀 型渠 道的 误 区在于其忽略 了渠道冻胀 破坏的基 本机理 。 因 此。该种护砌型式不能解决季节冻土 区的渠道冻 胀 问题 。 对于季节挡冻土区的渠道衬砌防护 。还缺少 经济可行的工程措施 。目前 。 大都采用传统 的保温 防渗 、 基土还填压密等常规措施 。 上述护砌 型式不 仅工程量大 、 工序复杂 ， 而且工程造价还较高 。因 此 ，需 要工 程技 术 人员 在研 究 渠 道 防护 材 料 的 同 时 ， 结合护砌渠道的冻胀破坏机理 ， 研究经济适用 的渠道衬砌防护新型式。口 参考文献 ： 1 】张茹 季节性 冻土地 区村砌 渠道冻胀及防治措施 【 刀 山西水 利科技 )： 2 0 0 6 ( 5 ) 【 2 】李钟杰、量建伟 改性聚 丙烯纤雏混凝 土在 高冻胀地 区渠道护 砌 工程 中应 用的成 败 与 思考 L 刀 东北 水利 水 电) ：2 0 1 0 ( 7 ) The a ppl i c a t i o n o f t he M o d i fie d PP fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n t he c ha n ne l l i n i ng o f t he s e a s o n a l l y f r o z e n a r e a Ga o Ru i Ab s t r a c t ： J i l i n P r o v i n c e i s t h e fi r s t o n e u s i n g t h e mo d i fi e d P P fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t e c h n o l o g y i n c h a n n e l l i n i n g a g a i n s t s e e p a g e ， a n d a c h i e v e d g o o d s o c i a l a n d e c o n o mi c b e n e fi t s ， I n t h e s a me t i me ， t h e r e a r e i mp r o p e r u s e a n d o t h e r i s s u e s T h e r e f o r e ， w e s h o u l d o b j e c t i v e l y e v a l u a t e a n d s c i e n t i fi c u n d e t a n d t h e p e r f o r ma n c e o f mo d i fi e d P P fi b e r r e i nfo r c e d c o n c r e t e ， a n d t h e i mp o r t a n c e o f p o s t e v a l u a ti o n Ke y wo r d s ： mo d i fi e d P P fi b e r r e i nfo r c e d c o n c r e t e ； c h a n n e l l i n i n g； a n t i - s e e p a g e ； f r o s t 一 6 一