前海灌区45团胜利干渠混凝土渠道抗冻胀设计探讨.pdf
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1、科 研 管理 水利规划与设计 2 0 1 5 年第 1 2 期 DOI:1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 - 2 4 6 9 2 0 1 5 1 2 0 2 0 前海灌 区 4 5团胜利干渠混凝 土渠道抗冻胀设计探讨 方海霞 ( 喀什第 三师勘测设计研究院有限责任公 司 ,新疆 喀什 8 4 4 0 0 0 ) 摘要 :寒 区渠道冻胀破 坏是亟待解决的 问题 ,工程建设 中采 用精 准的抗冻胀设计方案有助于工程效果 的 实现。本 文以新疆前海灌 区4 5团胜利干 渠为例 ,分析 了该灌 区胜利 干渠渠基 土条件 ,计 算 了基 土冻胀量 ,分析 了可行的 抗 冻 胀措
2、 施 ,为 类 似 渠 道 抗 冻 胀 设 计 提 供 借 鉴 。 关键 词 :渠道 ;抗冻胀设计 ;措施 ;比选分析 中图分类 号 :T V 6 9 8 2+ 6 文献标识码 : 文章编 号 :1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 5 5 0 2 1 工 程 概 况 4 5团胜 利 干渠 ( 0+0 0 0 4+9 3 0 ) 为新 疆 前 海 灌 区续建 配套 与节 水改 造骨 干工 程 ,项 目区最 冷 月 份 1月平均 气 温 为 一5 9 C,判定 该 地 区 为寒 冷 地 区 。经勘察 ,沿线 出露 地层 岩性 均为 第 四系松 散沉 积物 ,地层
3、岩性上部主要为低液限粉土夹低液限粘 土 或 细 ( 粉 ) 砂 透 镜 体 ,下 部 为 细 ( 粉 ) 砂 。 低 液 限粉 土 :粒 径 小 于 0 0 7 5 m m 的 含 量 为 8 5 2 9 1 3 ,大于 1 0 的标准 ;细 ( 粉) 砂 :粒径小 于 0 0 7 5 ram 的 含 量 为 9 1 1 0 4 ,大 部 分 大 于 1 0 的标 准。 工程 区标 准冻 深为 0 5 6 m,大 于 0 1 m标准。冻结初期土的平均含水量为 2 0 3 , 塑限含水量平均值为 1 9 8 ,0 9倍 塑限含水量为 1 7 8 ,符 合冻 结 初期 土 的含 水 量 大 于 0
4、 9倍 的塑 限含水量要求。从上述 3条冻胀条件综合判定 :渠 道 沿线低液 限粉土 和 细 ( 粉 ) 砂 均 系冻 胀 土 ,渠道 设 计 采用砼 +复合 土工 膜 双 防 的 防渗 结 构形 式 ,此 种 砼板类刚性材料衬砌时应进行防冻设计 。 2渠道抗冻胀设计 2 1 抗冻胀 计 算 结合渠道走 向及计算点不同的地下水位 ,计算 出地下水位与对应的基土冻胀量 、地下水位与对应 的设计 冻深 ,设 计 冻深计 算 公式 为 : Z = Z ( 1 ) = +( 1一 ) ( 2) : 考 式中:z 一工程 地点 的设 计冻 深 ,o m; 一参考 日照及遮荫程度 的修 正系数 ; 一地下
5、水影 响系 数 ;Z 一历年最大冻深 ,此处取 0 7 8 m; 一典型 断 面 ( 渠 道 为 E - W、N S走 向 ,底 宽 与 深度 之 比 B H= 4 5 ,坡 比 m=1 7 5 ) 某部位 的 日照及遮荫程度 修正系数 ,取 1 1 5 ; 一系数 ,若渠坡较高或建筑 物上部 有 遮 荫 作 用 ,应 考 虑 额 外 的遮 荫 影 响; z 一邻近气象台的冻前地下水位埋深 ,对于粉土 , 当 Z 。 2 5 m时,取 2 5 m;JB 一系数 ,因渠床土质 以低液 限粉土为 主,取 0 7 9;Z 一计算 点的地下 水位 深 度 ,根 据 渠 道 沿 线 地 下 水 位 勘
6、察 资 料 ,4 5 团胜利干渠地下潜水埋深勘察期间实测为 自然底面 以下 2 0 4 5 m,设 计 渠底线 以下 1 2 0 2 5 m。 根据上述公式以及相关 的参数取值可计算得到 渠段 的设 计 冻深 z ,结 果见 表 1 。 依据 渠系工程抗 冻胀设计规范 3 2 2 ,4 、5 级建筑物 ,或没有现场试验观测条件的 ,其天然状 态 的冻 胀量 h可 根据 土质 和冻 结前 地下 水 水位 埋 深 z ,的情况 由图查得。项 目区渠基土为低液 限粉土, 查 图 3 2 2 - 2 ,结果 见表 1 。 2 2衬砌 结构 抗 冻胀 稳定 性计 算 基土冻胀量按下式计算 : h r=h
7、 z z d ( 4 ) 式 中 : , 一 基 础结 构 下 冻 土层 产 生 的冻 胀 量 ,m i l l ; z , 一 基础 结 构下 的设计 冻 深 ,计算 公 式 为 Z =z 一 0 3 5 8 一 1 6 8 ,I T I ; 6 一 基 础 板 厚 度 , ( 板 厚 0 1 i n ) ; 6 一 底板 之上 冰 层 厚 度 ,因冬 季 不 运 行取 ( 3) 作者简介 :方海霞( 1 9 7 7年一 ) ,女,高级工程师 。 5 5 2 0 1 5 年第 1 2 期 水利规划与设计 科研 管理 0 ra m;其他 变量含 义 同前 。 根 据上述 计算 公式 ,结 合渠
8、道 走 向及 计算 点 不 同的地下 水位 ,计算 出地下 水位 与对 应 的基 土 冻胀 量 、地 下水 位与 对应 的设计 冻深 ,结 果见 表 2 。 表 1 O+ 0 O 0 4+ 9 3 0渠段设计冻深与地表土冻胀量计算结果 部位 B Z 。 m Z m Z d e ra h c m 上部 1 2 O 1 1 5 一 O 3 6 0 7 9 3 3 4 1 1 O 1 O 9 5 l 6 阴 面 下 部 1 2 O 1 1 5 一 O 3 6 0 7 9 3 1 4 l 0 8 7 0 8 2 5 4 底面 1 0 9 1 1 5 0 7 9 3 3 1 4 1 O 8 7 0 7
9、4 5 1 上 部 0 8 8 1 1 5 1 7 7 0 7 9 3 3 4 l 1 O 1 O 7 O l 5 阴面 下部 O 8 8 1 1 5 1 7 7 0 7 9 3 1 4 l 0 8 7 0 6 O 4 2 表 2 0+ 0 0 0 4+ 9 3 0渠段 基础 结构 下冻土层冻胀量计 算结果 部位 Z c m Z d e ra h c m 6 8 Z f m h r mm 上 部 O 7 8 O 9 5 1 6 O O 1 O O 9 2 1 5 阴面 下部 0 7 8 0 8 2 5 4 O 0 I O 0 7 8 5 2 底 面 0 7 8 0 7 4 5 l 0 0 1
10、0 O 7 0 4 9 上 部 0 7 8 0 7 O 1 5 O O 1 O O 6 6 1 4 阴 面 下 部 O 7 8 0 , 6 O 4 2 O 0 1 O 0 5 7 4 0 根据 以上 计算结 果 可知 ,胜利 支 干渠 渠基 土 冻 胀级 别 为 I 级 。依 据 规 范 ,当渠 基 土 冻胀 级别 为 级及 以上时 ,可采用置换措施 防止渠道衬砌板 冻胀破坏。但 由于受冬季灌溉水及 水库渗漏 的影 响 ,地下水位仍有上升可能。另外 ,由于渠道填筑 土料均 为低液 限粉土 ,排水性 较 差 ,冬季 侧 向补给 水 位 消散较 慢 ,有可 能造成 渠道 衬砌 冻 胀破 坏 ,故
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