渠道衬砌抗冻胀问题研究

研究了渠道衬砌体冻胀破坏的机理,提出削减和抵抗相结合的抗冻胀思路;探讨了冻结力及冻胀力的计算方法;并由此推算出衬砌体抗冻胀应采用的混凝土强度标号和砌体横截面各部位相应的厚度尺寸,拟定出渠道衬砌抗冻胀破坏的合理断面;提出了解决渠道衬砌体抗冻胀问题的具体措施,

第24卷 增1

岩石力学与工程学报 Vol.24 Supp.1

2005年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2005

渠道衬砌抗冻胀问题研究

张伯平1，牟过斌2，刘海军1

(1. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨陵 712100；2. 渭南市石堡川水库管理局，陕西 渭南 715200)

摘要：研究了渠道衬砌体冻胀破坏的机理，提出削减和抵抗相结合的抗冻胀思路；探讨了冻结力及冻胀力的计算方法；并由此推算出衬砌体抗冻胀应采用的混凝土强度标号和砌体横截面各部位相应的厚度尺寸，拟定出渠道衬砌抗冻胀破坏的合理断面；提出了解决渠道衬砌体抗冻胀问题的具体措施，并在陕西省渭南市石堡川水库干支渠道抗冻胀设计中应用，取得很好效果。既解决了工程抗冻胀问题，节省工程维修费用，又大大地提高了灌溉渠道输水效率，节约水资源。

关键词：水利工程；渠道衬砌；冻胀破坏；冻结力；冻胀力；结构措施

中图分类号：TV 698.2+6 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)增1–5130–06

STUDY ON THE FROST HEAVING OF CANAL LINING BLOCKS

ZHANG Bai-ping1，MU Guo-bin2，LIU Hai-jun1

(1. College of Water Resources & Architectural Engineering，Northwest A & F University，Yangling 712100，China；

2. Shibaochuan Reservoir Management Bureau of Weinan City，Weinan 712500，China)

Abstract：The mechanism of frost heaving of canal lining blocks is studied and the methods of calculating frost heaving and freezing of canal are discussed. On the basis of the works，a means of combination with cutting and resistance is proposed to deal with the frost heaving. The suitable tab of concrete in canal blocks and corresponding thickness and size in different position of cross section are calculated to obtain a optimum section of canal lining blocks with frost heaving，and some detailed measures are put forward to solve the problem of frost heaving in canals. This research was applied to devise the main canal and branch canal in Shibaochuan Reservoir and a good effect was realized. It not only solves the problem of frost heaving of canal but also declares the maintenance cost，improves the efficiency of routing，and saves water resources.

Key words：hydraulic engineering；canal lining blocks；frost heaving of masonry；freezing mechanics；mechanics of frost heaving；construction measurement

占混凝土板总损坏数的80%以上[2]。有的新修渠道，使用1～2 a就出现了裂缝。由于渠道混凝土冬季胀裂，春夏季气温回升，渠道土体融缩，渠道衬砌体

在北方水利工程中，输水渠道衬砌体因受冻胀

随之回缩复位，但留有残余变形，连年往复，复位残余变形量增大，直至失稳滑坍，彻底损坏。由于冻胀破坏作用，有的渠道坏了修、修了坏，反复建设，反复投资，费用相当大，给工程使用和管理带

1 引 言

作用而破坏的例子屡见不鲜。因此有人认为，在北方地区，冻害是混凝土防渗渠道的大敌[1]。据山东韩墩引黄灌区衬砌渠道的统计，冻胀引起的损坏数

收稿日期：2004–12–10；修回日期：2005–04–02

作者简介：张伯平(1945–)，男，1970年毕业于原西北农学院水利系，现任教授、硕士生导师、陕西省岩石力学与工程学会常务理事，主要从事岩土工程和水利工程方面的教学与科研工作。E-mail：sjxucjzx@http://doc.guandang.net。

研究了渠道衬砌体冻胀破坏的机理,提出削减和抵抗相结合的抗冻胀思路;探讨了冻结力及冻胀力的计算方法;并由此推算出衬砌体抗冻胀应采用的混凝土强度标号和砌体横截面各部位相应的厚度尺寸,拟定出渠道衬砌抗冻胀破坏的合理断面;提出了解决渠道衬砌体抗冻胀问题的具体措施,

第24卷 增1 张伯平等. 渠道衬砌抗冻胀问题研究 5131

来很多麻烦，并且已为此付出了不少的经济代价。随着认识的不断深入，工程抗冻胀问题，已很实际的成为工程设计者需要认真对待和研究的一大课题。

自20世纪70年代以来，我国渠道防渗工程的防冻胀技术，在不断总结工程实验成果的基础上，取得了很大进展，提出了防渗结构“允许一定冻胀位移量”的设计标准和“回避、适应、削减或消除冻胀”的设计原则，并提供了渠道冻深和冻胀量预报以及地基土冻胀性分类方法[3

～7]

，但还没有从根

本上找到解决工程冻胀破坏的有效措施和办法。

笔者通过长期的实验研究和工程观测，从理论分析上另辟蹊径，求出计算冻结力、冻胀力的方法，在此基础上，对渠道衬砌体受冻胀作用的内力进行分析；按内力大小，选择相应的砌体强度和尺寸，通过削减和抵抗相结合的方法，解决渠道衬砌冻胀破坏问题。该项研究从1993年起被用于石堡川干渠修复工程中，多年实践证明效果很好。

2 土体冻胀机理分析及渠道衬砌体冻胀破坏机理

2.1 土体冻胀机理分析　

土体是以3种相态存在于自然界中的，工程上通称为3相土，即固相(土颗粒)、液相(土体中水分)、气相(土体中气体)。实验研究证明[8]：影响土体冻胀的主要因素是气温、土体中水分及土质。气温负温值越高，土体冻胀量越大；土体内水分越多，补给水分越充分，土体冻胀量越大；土体粘粒含量越高，土体结构越密实，土体冻胀量越大。换句话说，负温值、土体内水分、土体物理特性和结构与冻胀量存在函数关系。其中负温值、土体结构与冻胀的关系比较直观，而土体中水分在冻胀机理中的作用，应从土体水分存在形态谈起。粘土颗粒周围由于电分子作用，存在有结合水，而结合水在土粒周围实际形成水膜。结合水又分为强结合水和弱结合水。强结合水由于其物理力学特性作用，在土体冻胀过程中变化较小，而自由水和弱结合水，当遭遇负温侵袭时，发生冻结，并且随着负温值的增加，或冻结历时增长，周围土体的自由水和弱结合水向负温入侵方向沿着土粒间空隙迁移聚集并冻结，这个过程称为冻移作用[9]。负温值越高，冻移作用越充分。粘性土体中孔隙水还受毛细力作用，如果孔隙水越多，这种补充也就会越充分。当土体中毛细水与地

下水或渠堤外围水连通时，这种补充水就会相当充分，冻移作用越大，使得冰缘层不断加厚[9]。

在负温作用下，土体中的孔隙水是以冰渍的形式存在，由于冻移作用，冻土体会向负温侵袭方向膨胀挤压，这种膨胀挤压，就是冻胀。负温值越高，土体中自由水补给越充分，土体的冻胀量也就越大。如果土体中自由水补给量有限，那么，土体的冻胀量也就有限；如果土体中没有自由水补给，土体的冻胀量也就很低。在土体中，如果某一层土体自 …… 此处隐藏：10719字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……