混凝土防渗衬砌渠道抗冻胀设计应用浅析.doc

混凝土防渗衬砌渠道抗冻胀设计应用浅析摘要：本文以伊犁河谷地重大工程团结渠灌区一期土地开整理项目混凝土防渗衬砌渠道抗冻设计为例，简要论述了新疆伊犁河谷地重大工程团结渠灌区混凝土衬砌渠道抗冻胀设计的计算方法，分析地下水埋深与混凝土衬砌渠道设计冻深的关系，进行衬砌结构抗冻胀稳定计算，确定相应的抗冻胀措施。计算结果表明，渠道设计冻深随地下水埋深与基础之间垂向距离的增加而增加，设计冻深与工程区标准冻深值成正比；基础冻胀量随工程区地下水埋深与基础之间垂向距离的增加而递减；混凝土衬砌渠道阴坡冻胀量最大。在渠道衬砌工程抗冻胀设计中，设计人员要掌握灌区气象资料、工程地质及水文地质条件、冻土资料等，合理确定抗冻胀设计中的各种参数，以此保证设计的准确性。关键词：冻胀条件;设计冻深;冻胀量;防冻措施0、绪论我国西部区域的新疆，大部分地区处于干旱区，年均降水量147.4mm（大部分地区降水量少于200mm），年降水总量仅占全国的3.92%，在新疆，没有灌溉就没有农业，农业耕作全靠灌溉方式实施。而现状农业用水占水资源总使用量97%，随着工业化、城市化的发展，农业用水将进一步紧张。据统计新疆自治区每年从渠道渗漏掉的水量约为21亿m3。所以，建好渠道防渗工程，堵住这个浪费水的大洞，提高渠系水利用率，是实现节水型农业的重要工程措施。20世纪50年代新疆已开始渠道防渗衬砌技术的应用于研究，衬砌防渗的主要结构形式有砌石、混凝土预制板、现浇混凝土板、塑料薄膜及塑膜加保护层的复式结构等。在新疆高寒地区，这些防渗工程均存在不同程度的冻胀破坏问题，不仅直接影响渠道的正常使用，浪费了水资源，而且增加了修复次数和工程费用。因此，研究混凝土衬砌渠道抗冻胀设计具有现实意义。1、项目概况1.1项目地理、气候条件项目区属于伊犁河流域分灌区之一团结灌区范围内，团结灌区从特克斯河山口引水枢纽引水，属于恰甫其海水库的效益工程，本次伊犁河谷地重大工程团结渠灌区土地开发整理一期工程从团结渠灌区前进支干渠引水，经过阿克塔木牧业支渠到达项目区。地理位置：东经82°23′04″～82°28′54″、北纬43°33′03″～43°35′53″。输水支、斗渠均采用混泥土板衬砌防渗、砂砾石置换渠基土结构形式。项目区气候属于北温带大陆性气候类型，特征：东长夏短；夏凉而无干热；冬长而寒冷，寒潮较多。其特征值如下：最冷月平均气温-11.2℃，年平均气温为8.3℃，历年极端最高气温为39℃，历年极端最低气温为-30℃；多年平均降水量为256.6mm，多年平均蒸发量为1437mm，最大冻深为106cm，多年平均冻深为75cm；平均风速为3.2m/s，实测最大瞬时风速为28m/s，主要大风为东风。1.2渠道工程地质特点渠道工程地质特点：=1\*GB3①支、斗渠沿线0~1.5m为低液限粘土，土黄色为主，可塑~硬塑，天然含水量22.3%~32.2%，液限33.7%~38.6%，塑限15.8%~24.1%，具弱透水性。=2\*GB3②工程区勘测期间低水位埋深在0.8m~2m。=3\*GB3③场地沿线为冻胀土基，设计时必须考虑场地冻胀问题。=4\*GB3④本区筑堤土料及砂砾石料场储量丰富，且符合质量要求。=5\*GB3⑤渠线区域地质构造稳定，地震基本烈度为8度。2、混凝土衬砌渠道渠道抗冻胀设计2.1衬砌渠道抗冻胀设计条件抗冻胀设计条件为：=1\*GB3①土质中粒径小于0.05mm的细颗粒质量分数超过6%；=2\*GB3②标准冻深取多年平均冻深0.75m；=3\*GB3③场地地下水埋深较浅，土层中含水量较大，冻结初期土层含水量均大于0.9倍的塑限含水量，粘土毛水管上身高度为2m，大于工程区内的地下水埋深。依据《渠道防渗工程技术规范》（SL18-2004）和《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）要求，对项目区混凝土衬砌渠道必须进行抗冻胀设计。2.2衬砌渠道抗冻胀设计内容（1）设计冻深计算根据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—2006）渠系工程的设计冻深可按公式=1\*GB3①计算：=1\*GB3①式中：——渠系工程设计冻深（cm）；——历年最大冻深（cm），取106cm；——考虑日照及遮阴程度的修正系数（）；——地下水影响系数，Zwi——计算点的冻前地下水位深度，取0.8m（m）；Zwo——临近气象站冻前地下水位埋深（m）；经调查巩留县气象站冻前地下水位埋深取Zwo=2.0m。β——系数，查规范取0.63。具体计算参数取值及衬砌渠道不同走向、不同位置设计冻深计算结果见表1。表1设计冻深计算表单位：m渠名走向部位ZddwZmiαZwiZwoβ分干、支、斗渠N-S阴面0.951.060.851.061.10.420.820.63阳面0.951.060.85