對(duì)渠道凍脹破壞產(chǎn)生原因研究及如何處理

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1、對(duì)渠道凍脹破壞產(chǎn)生原因研究及如何處理摘要：本文通過(guò)對(duì)某案例進(jìn)行大量的技術(shù)數(shù)據(jù)分析，指出了渠道凍脹破壞的原因，并采取了相應(yīng)的防治措施，保障了灌區(qū)渠道運(yùn)行的安全性，減少了水的滲漏損失，提高水的利用率。關(guān)鍵詞：渠道；凍脹；措施；中圖分類號(hào)：TV732.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：一、工程概況某灌區(qū)始建于上世紀(jì)70年代初期，建成大中型泵站38座，小型泵站102座，裝機(jī)容量63567kw。總干渠1條，干渠5條，總長(zhǎng)度178.85km。設(shè)計(jì)流量12m3/s,加大流量14.40m3/s，總揚(yáng)程529m，設(shè)計(jì)灌溉面積2.03萬(wàn)hm2

2、。灌區(qū)之間，氣候干燥、降水少、蒸發(fā)量大、晝夜溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)霜期較短，屬于典型的干旱、半干旱大陸性氣候。據(jù)氣象站多年觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)表明：灌區(qū)年平均氣溫8.8℃，年平均最高氣溫37.4℃，年平均最低氣溫-27.4℃。年平均風(fēng)速為1.2m/s，最大風(fēng)速22m/s。最大凍土深度1.1m，地表凍結(jié)期每年約5個(gè)月。二、現(xiàn)狀及破壞情況1、濕陷性黃土渠基是產(chǎn)生凍脹破壞的重要因素7灌區(qū)渠道位于濕陷性黃土高原區(qū)，該區(qū)黃土主要由顆粒組成，顏色呈棕黃、灰黃或褐黃，具有大孔隙和垂直節(jié)理特征。渠基在一定滲水壓力下產(chǎn)生濕陷而凍脹。工程自1

3、971年運(yùn)行以來(lái)，因濕陷凍脹破壞設(shè)施引起的工程事故比較多，平均年直接經(jīng)濟(jì)損失為60萬(wàn)元。渠道因凍脹造成的襯砌面的變形、裂縫乃至渠道滑坡，降低了防滲作用，嚴(yán)重影響了渠道運(yùn)行的安全性、水的利用率及工程的效益。2、灌區(qū)渠道凍脹破壞的現(xiàn)狀1）、總干渠凍脹破壞情況。經(jīng)過(guò)多年對(duì)總干57.2km渠道進(jìn)行觀測(cè)及試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工程完好的為36.6km，有明顯裂縫的為6.5km，渠道下部隆起的有7.6km，滑坡6.5km。2）、干渠凍脹破壞情況。經(jīng)過(guò)多年對(duì)灌區(qū)白塬、三場(chǎng)塬、關(guān)川三條干渠總長(zhǎng)106.33km渠道進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，遭受破壞為76.

4、77km，占渠道全長(zhǎng)的72.2%。三、灌區(qū)渠道凍脹的特點(diǎn)和規(guī)律1、不同的渠道斷面形式凍脹變形的程度不同對(duì)梯形斷面渠道的凍脹數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：梯形渠道在兩旁坡腳底以及坡面上部?jī)雒浟勘容^小，而渠底的中位和坡面的下部?jī)雒浟枯^大，坡面靠近坡腳處凍脹量最大。一般在坡面底部第一層預(yù)制塊被推移跌疊，造成與第二層預(yù)制塊的灰縫脫落，被凍結(jié)的基土消融后從灰縫中流出。渠底部分中間預(yù)制塊隆起，混凝土的抗剪強(qiáng)度不足使灰縫部位推移錯(cuò)位。7因此，我們將渠道斷面形式由梯形渠底改為弧形渠底，觀測(cè)后弧形斷面凍脹變形均勻，坡面變形程度為梯水利建設(shè)形渠的1/

5、4，灰縫的變形是原來(lái)的1/5，渠底基本沒(méi)有變形。2、不同的防滲襯砌形式凍脹破壞程度不同1）、砂礫墊層厚度與凍脹數(shù)據(jù)分析。在整個(gè)凍融期內(nèi)混凝土塊襯砌的混凝土面及基土的分層凍脹、融化變形、土壤水分、凍結(jié)深度、襯砌表面的溫度等數(shù)據(jù)，分析研究表明：當(dāng)墊層厚度為陽(yáng)坡20cm～40cm、陰坡30cm～60cm之間，每增加15cm，凍脹就減少1cm。當(dāng)陽(yáng)坡襯砌面墊層厚度為30cm～60cm、陰坡40cm～80cm,砂礫石墊層每增加15cm，凍脹減小0.5cm。另外，混凝土塊襯砌比現(xiàn)澆的渠道土壤中含水量高，凍脹量大，恢復(fù)較快。2）

6、、采用不同的防滲抗凍襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例。在灌區(qū)干渠段選擇了2600m渠道共有6種不同類型分8個(gè)斷面進(jìn)行比較，實(shí)踐證明，深挖方地段砂礫墊層具有較好的防凍脹效果，但其抗?jié)B性能比較差，不宜在高填方渠道使用。而用砂礫墊層，再增設(shè)防滲材料，效果較好。近年來(lái)，我們采用在深挖方地段采用砂礫墊層削減凍脹，再鋪設(shè)塑料布或復(fù)合土工膜，用M10砂漿襯砌混凝土塊的渠道，防滲和防凍效果顯著；在高填方區(qū)采用了原土翻夯50cm，再鋪設(shè)塑料布或復(fù)合土工膜，用2cm～4cm砂漿墊層襯砌混凝土塊的渠道運(yùn)行近4年，沒(méi)有明顯的凍脹變形。7四、原因分析1、凍

7、融循環(huán)形成凍脹破壞純凈水的冰點(diǎn)為0℃，而地基中水由于土壤含有鹽等礦物質(zhì)的影響水在-3℃凍結(jié)。土壤凍結(jié)時(shí)體積約增大9%，因而會(huì)產(chǎn)生凍脹。灌區(qū)每年冬灌結(jié)束在11月下旬，一般平均氣溫在-5℃～-7℃之間，當(dāng)渠道排空時(shí)，土壤中所含的大量水分自然地從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。所以，渠道基土中的水分逐漸向渠道內(nèi)滲透。但是由于溫度低，混凝土表面結(jié)冰，形成了一個(gè)封閉層使土壤中的水分無(wú)法正常排出。從而冰凍層每天以2.5cm～4.5cm的速度向土壤深層滲漏。每年的1月份，冰凍層可達(dá)30cm～65cm。2月份上旬，氣溫最低，凍脹層比較穩(wěn)定，厚度

8、約為78cm～110cm。因?yàn)橥寥涝趦鼋Y(jié)時(shí)，水分向凍結(jié)面運(yùn)動(dòng)，在土壤中形成了含水量較低的區(qū)域相對(duì)凍脹量占總凍脹量的10%。從2月中旬開始，氣溫開始回升，開始融化。此時(shí)因凍脹混凝土受到拉力，當(dāng)混凝土的抗拉能力小于凍脹力時(shí)，灰縫被拉裂脫落。在冰融時(shí)，水分隨裂縫向外滲透?；林邢聦舆€未解凍，不能吸收多余水分，導(dǎo)致大量水分集中在土壤深度為40cm之上的區(qū)域，這樣基土