混凝土襯砌渠道保溫防凍脹技術(shù)研究

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1、灌溉排水學(xué)報２０１５年４月第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章編號：１６７２－３３１７（２０１５）０４－００４３－０６混凝土襯砌渠道保溫防凍脹技術(shù)研究宋清林１，何武全１，李根１，趙宏偉２，張宇峰３（１．西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌７１２１００；２．黑龍江省農(nóng)墾紅興隆管理局蛤蟆通灌區(qū)管理站，黑龍江雙鴨山１５５８１１；３．陜西楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌７１２１００）摘要：通過調(diào)研我國北方大型灌區(qū)渠道保溫防凍脹技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并進行理論分析，提出了混凝土襯砌渠道保溫防凍脹最佳

2、結(jié)構(gòu)型式，并確定了其適用條件和范圍?；跓醾鲗?dǎo)理論和熱阻等效原理建立了相應(yīng)的保溫板厚度計算公式，利用黑龍江蛤蟆通灌區(qū)試驗數(shù)據(jù)確定了凍土等效導(dǎo)熱系數(shù)計算方法，并對保溫板厚度計算公式進行了驗證。結(jié)果表明，計算值與最佳方案保溫板厚度的最大誤差為５．６２％，說明該計算公式有較高精確度，可以在黑龍江及其相似地區(qū)推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：混凝土襯砌渠道；保溫防凍脹；最佳結(jié)構(gòu)型式；等效導(dǎo)熱系數(shù)中圖分類號：Ｓ２７７；ＴＶ３１５文獻標(biāo)志碼：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０４．０１０宋清林，何武全，李根，等．混凝土襯砌渠

3、道保溫防凍脹技術(shù)研究［Ｊ］．灌溉排水學(xué)報，２０１５，３４（４）：４３－４８．０引言［１］渠道襯砌防滲可以極大地減少渠道滲漏損失，是目前我國應(yīng)用最廣泛的節(jié)水工程技術(shù)措施。但是，季節(jié)性凍土地區(qū)的混凝土襯砌渠道由于負溫作用，冬季常遭受嚴重的凍脹破壞，直接影響了工程的正常運行和［２－４］防滲效果，嚴重制約著我國北方寒冷地區(qū)渠道防滲工程技術(shù)的推廣應(yīng)用。渠道保溫防凍脹技術(shù)可以減輕或消除渠道基土的凍脹變形，有效地解決混凝土襯砌渠道的凍脹破壞問［５］［６］題，目前已在北方灌區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。對于保溫防凍脹技術(shù)的研究，郭殿祥等根據(jù)試驗資料提出

4、了渠［７］道保溫板厚度計算相關(guān)參數(shù)的確定方法，提高了計算精度；規(guī)范中規(guī)定中小型渠道的保溫板厚度按照設(shè)計［８］凍深的１／１０～１／１５取用，此計算方法使用簡便，但計算結(jié)果通常偏大；李書民等通過分析不同地區(qū)保溫板厚度的計算方法，總結(jié)出了簡單實用的相關(guān)比擬法和等效厚度法，并通過南水北調(diào)中線河北段試驗資料進行［９］了驗證和修正，但其未考慮預(yù)留部分凍土的可行性，造成工程造價偏高；程滿金等利用河套灌區(qū)現(xiàn)場試驗資料分析了渠道不同坡面、部位和板厚在多個埋深處的地溫、凍深、含水量和凍脹量變化規(guī)律及其特征，總結(jié)［１０］了聚苯乙烯保溫板的鋪設(shè)厚度

5、，為相似工程的設(shè)計提供了一定的參考；安鵬等基于熱阻等效原理提出了預(yù)留一定凍土層的保溫板厚度計算方法，并結(jié)合新疆車排子西干渠工程資料通過數(shù)值模擬對其方法進行了驗證，但其忽略了水相潛熱對凍土層導(dǎo)熱系數(shù)的影響，凍土層等效導(dǎo)熱系數(shù)取值偏大，導(dǎo)致保溫板厚度計算值偏小。上述研究表明，保溫板厚度計算公式的適用性和可靠性較差，計算誤差較大，有待進一步研究。另外，工程應(yīng)用中采用的保溫防凍脹結(jié)構(gòu)型式也不盡相同，缺乏系統(tǒng)的研究，給設(shè)計和施工帶來了一定的技術(shù)難度。因此，提出混凝土襯砌渠道保溫防凍脹最佳結(jié)構(gòu)型式，并確定其適用條件和范圍，建立科學(xué)的保溫

6、板厚度計算方法，對季節(jié)性凍土地區(qū)渠道保溫防凍脹技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)作用。收稿日期：２０１４－１０－１０基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃課題（２０１２ＢＡＤ０８Ｂ０１）；水利部科技推廣計劃項目（ＴＧ１２１４）作者簡介：宋清林（１９９０－），男，山東諸城人。碩士研究生，研究方向為節(jié)水灌溉工程技術(shù)。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｑｌ９８６５３９２３７＠１６３．ｃｏｍ通訊作者：何武全（１９６７－），男，陜西合陽人。副教授，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｗｕｑｕａｎ１９６７＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ４３１混凝土襯砌渠道

7、保溫防凍脹最佳結(jié)構(gòu)型式［１１］對季節(jié)性凍土地區(qū)的渠道而言，理想的渠道應(yīng)同時具備耐久性好、防滲漏和防凍脹功能。張宇峰［１２］等根據(jù)季節(jié)性凍土地區(qū)渠道凍脹破壞的特點，結(jié)合我國北方大型灌區(qū)渠道襯砌保溫防凍脹技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)工程實例中的成功經(jīng)驗，初步提出了渠道保溫防凍脹最佳結(jié)構(gòu)型式及其技術(shù)要求和適用范圍。在蛤蟆通灌區(qū)總干渠保溫防凍脹試驗的基礎(chǔ)上進行補充和完善，提出了“預(yù)制混凝土板＋砂漿過渡層＋防滲膜料＋保溫板”（見圖１（ａ））和“現(xiàn)澆混凝土板＋復(fù)合土工膜＋保溫板”（見圖１（ｂ））２種混凝土襯砌渠道保溫防凍脹結(jié)構(gòu)型式，具有防滲防凍脹

8、效果好、適用范圍廣、經(jīng)濟實用等優(yōu)點，可作為混凝土襯砌渠道保溫防凍最佳結(jié)構(gòu)型式進行試驗和示范推廣。圖１混凝土襯砌渠道保溫防凍脹最佳結(jié)構(gòu)型式為確保渠道良好運行，充分發(fā)揮保溫措施的防凍脹效果，應(yīng)用該保溫防凍脹結(jié)構(gòu)型式時應(yīng)滿足以下適用條件和范圍：１）渠基土質(zhì)為凍脹性土，渠基土凍脹級別為Ⅲ級及以上或