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水利工程论文-渠道冻胀处理方式的选择.doc

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水利工程论文-渠道冻胀处理方式的选择.doc

水利工程论文渠道冻胀处理方式的选择摘要通过分析研究,渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致,大多发生在灌区的中下部。渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式、改变渠基土体的基本结构、使用新型建筑材料等方法来实现。对渠道防冻胀处理方式的选择,关系到渠道的造价和施工的难易,在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验,进一步完善新型材料的防冻理论和实际运用经验,为这一新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。关键词渠道冻胀处理方式选择1、概述巴音郭楞蒙古自治州位于新疆维吾尔自治区中部,气候属寒冷地区。其境内的焉者盆地一年中最冷月1月份的平均气温为10℃15℃,塔里木盆地1月份平均气温为7℃11℃。由于气候寒冷,兴建的防渗渠道极易受到冻胀的的破坏。预制砼板护面防渗渠和现浇砼板护面防渗渠最易受到冻胀的破坏,浆砌石护面防渗渠和干砌石护面防不渗渠次之。无论是几十个流量的大渠道,还是1个流量的小渠道,都会受到冻胀的危害。有些冻胀危害发生在建成后运行初期的1~2年内,而有些却发生在工程建成末运行之时。冻胀破坏在巴州的2个盆地内均有发生,对渠道的危害也最大。因此进一步研究渠道冻胀破坏的机理,采取有效的措施预防它,对保证各级防渗渠道的正常运行,减少维修养护的费用意义重大。2、渠道冻胀机理渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成,渠基土受冻体积膨胀必须具备以下条件⑴寒冷气候区持续的负温条件;⑵土壤中自由水和毛细水的存在,并且有通畅的水分补给通道;⑶土壤本身的物理力学性质,包括土的颗粒组成,矿物质成份等。在以上三个条件中,土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的的先决条件,也是必备条件。在整个浆胀破坏过程中,水是最活跃的因素。从目前受冻胀破坏的渠道来看,基本上位于灌区内,且处于灌区中、下游的居多。这是因为在灌区中下游地区,地下水埋深浅,土壤颗粒细,土体中自由水和毛细水的补给十分充足。一旦气温下降至零度以下,土体中的自由水和毛细水的体积受冻膨胀,引起土体膨胀,顶托衬砌,破坏渠道。在河区下部,冻胀破坏不但发生在挖方渠道中,在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出,毛细水的冻胀性也不容忽视。综上所述,冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题,由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致,大多发生在灌区的中下部。3、渠道防冻胀处理形式及比较31渠道防冻胀处理形式渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式来实现,即用“U”形或矩形断面来代替梯形断面。但这种处理形式只适用于小渠道,流量小于1M3/S的渠道。对于大渠道来说,若采用这种处理方式,难免造成造价和施工难度的加大,加大的幅度还较大。从上述导致土体冻胀的的三个基本因素中,只有三个因素同时具备,才发生冻胀破坏。只要消除其中一个因素,就能防止和减轻冻胀危害。从目前新疆地区的气候条件来看,外部温度不达负温是不可能的,因此只有采取保温措施达到内部不负温。切断冻土地基在冻结前、后的水分补给是过去防冻胀处理常用的法,此外改变渠基土体的基本结构也是保证土体非冻胀性的一种方法。要切断冻土地基在冻结前后的水分补给,通常是采用高填或排水措施来减少水分的补给。但是由于土体颗粒及物理力学性质的决定,毛细水的作用不可忽视。毛细水往往上升至地下水面以上2~3M的平面上,同样会对渠产生冻胀破坏。例如库尔勒市哈拉苏农场的一个小渠道,流量15M3/S,旁边平行有一条深15~2M的排水沟,渠道为半挖半填渠道,在施工中就发生了冻胀破坏。因此对于细颗粒土体,要完全切断水分的补给是不现实的,毛细水的冻胀破坏不容忽视。改变基土的基本结构的办法是进行渠基土的换填,就是用大颗粒的土体填入渠基,将原来的细颗粒土体挖走。这种换填工程量较大,换填厚度一般要大于等于冻土深度。如果在冻土深小的地区使用尚可,若在冻土深较大的地区使用,往往工程量是巨大的。从目前情况看,任何工程要根本回避和解决冻胀三因素之一,从考虑经济和投资省的情况下,都是非常困难和把握不住的。因此在实际工作中,往往将几种工程措施结合起来使用。即以回避一种因素为主,辅之以回避另一种因素的综合措施进行防冻胀处理。如在汇要两面三刀侧开挖排水沟降供销水分补给的同时,对基土进行一定厚度的换填。用砂或戈壁层加塑膜进行保温,以减少冻胀破坏。近来随着新型建筑材料的问世,苯板越来越多地应用于渠道的防冻胀处理。苯板防冻胀的主要机理是它具有保温的功效,保证了渠基土不受负温的影响,同上述砂或戈壁层加塑膜保温的原理是一样的。根据现有对苯板的搞冻试验资料,10CM厚的苯板可起到100CM厚砂或戈壁层的保温效果。远大于相当于5~10CM厚戈壁、砂的塑膜的保温效果。32渠道防冻胀处理形式比较在高地下水位区,即使采取了断绝土壤中水分补给的措施,仍难以保证阻止毛细水的上升,因此还必须采取其它防冻胀处理形式。对渠基土进行换填是一种防冻胀的处理形式,它即改变了渠基土的结构,又具有一定的保温作用。它的优点是①当渠道附近有大量换填材料时,造价可能便宜;②由于对渠基进行了彻底换填,当质量达到要求时,可保证渠道永久不受冻胀危害。同时也具有以下缺点①由于换填厚度大,土方工程量较大,当换填材料运距较远时,造价较高;②施工难度大,清除了渠基原土,换填后的砂、戈壁难以进行夯实,要达到施工规范要求,难度较大;③换填料的质量难以把握,要求回填含土量小于5的料。采用天然材料,很难寻找料源。若采用人工加工料,则不经济。若不采用基土回填,只铺设苯板保温,防止渠基土冻胀也是近年来渐渐采用的一种防冻胀处理形式。它只有保温作用,不对基土进行回填。具有以下优点①抗冻效果好,采用10CM的苯板即达到了换填100CM砂或戈壁的保温效果;②施工方便,渠道开挖断在小。不对基土进行拢动,直接将苯板置于基土上,在苯板上直接进行衬砌材料的施工;③在一定条件下造价便宜,使用的施工机械少,人工省。采用苯板,不进行基土换填,避免了大量土石方机械的使用。当基土换填材料运距大于一定距离时,其造价低的优势立即显现。苯板防冻胀材料的缺点是在一定条件下,同换填相比,造价较高。当基土换填材料运距小于一定距离时,其造价明显高于换填处理。拿开都河第一分水枢纽北岸干渠为例。该渠道为开都河第一分水枢纽配套输水渠,长KM,输水流量M3/S。4、苯板防冻胀成功几例41库塔干渠西干渠库塔干渠是开孔河流域灌区的一条主要的灌溉渠道,主要承担向孔雀河下游灌区的输水任务。干渠由总干渠、东干渠、西干渠组成,目前建设完成了总干渠和西干渠,东干渠即将建设。总干渠长178KM,上段设计流量为35M3/S,加大流量40M3/S;下段设计流量30M3/S,加大流量35M3/S。西干渠长38KM,设计流量2010M3/S,加大流量2310M3/S。库塔干渠灌溉着库尔勒市、尉犁县3752104亩的土地面积。西干渠为梯形断面,渠深33M,底宽215M,边坡为115,水深为259M。两边渠堤宽度为25M,渠道外边坡也为115。渠道衬砌采用70MM厚的C20预制砼板,砼板下部为60MM厚的苯板用于防冻胀。渠基土为粉细沙,颗粒细,保水性好,属冻胀土。经苯板防冻胀处理后,经过8年的运行,未发生冻胀破坏。42开都河第一分水枢纽北岸干渠是开都河第一分水枢纽的配套输水干渠,开都河第一分枢纽合并了开都河两岸多座无坝引水龙口,使两岸引水得到了统一管理。北岸干渠全长229KM,设计引水能力32M3/S,灌溉面积4755104亩。它连接了第一分水枢纽及北岸的四条引水干渠,使枢纽发挥作用,实现了用渠道输水代替河道输水。渠道为梯形,底部为弧形。渠深为24M,圆弧形底深04M,梯形深20M,渠底宽为30M。渠道内边坡为1175,渠堤顶宽为20M,其中封枯板宽为06M。渠道衬砌采用现浇砼板,板厚10CM。根据各渠段地基土的情况,渠道防冻胀采用了不同的形式。

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