对渠道冻胀破坏产生原因研究及如何处理

《对渠道冻胀破坏产生原因研究及如何处理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、对渠道冻胀破坏产生原因研究及如何处理摘要：本文通过对某案例进行大量的技术数据分析，指出了渠道冻胀破坏的原因，并采取了相应的防治措施，保障了灌区渠道运行的安全性，减少了水的渗漏损失，提高水的利用率。关键词：渠道；冻胀；措施；中图分类号：TV732.6文献标识码：A文章编号：一、工程概况某灌区始建于上世纪70年代初期，建成大中型泵站38座，小型泵站102座，装机容量63567kw。总干渠1条，干渠5条，总长度178.85km。设计流量12m3/s,加大流量14.40m3/s，总扬程529m，设计灌溉面积2.03万hm2

2、。灌区之间，气候干燥、降水少、蒸发量大、昼夜温差大、日照时间长、无霜期较短，属于典型的干旱、半干旱大陆性气候。据气象站多年观测资料统计表明：灌区年平均气温8.8℃，年平均最高气温37.4℃，年平均最低气温-27.4℃。年平均风速为1.2m/s，最大风速22m/s。最大冻土深度1.1m，地表冻结期每年约5个月。二、现状及破坏情况1、湿陷性黄土渠基是产生冻胀破坏的重要因素7灌区渠道位于湿陷性黄土高原区，该区黄土主要由颗粒组成，颜色呈棕黄、灰黄或褐黄，具有大孔隙和垂直节理特征。渠基在一定渗水压力下产生湿陷而冻胀。工程自1

3、971年运行以来，因湿陷冻胀破坏设施引起的工程事故比较多，平均年直接经济损失为60万元。渠道因冻胀造成的衬砌面的变形、裂缝乃至渠道滑坡，降低了防渗作用，严重影响了渠道运行的安全性、水的利用率及工程的效益。2、灌区渠道冻胀破坏的现状1）、总干渠冻胀破坏情况。经过多年对总干57.2km渠道进行观测及试验发现，工程完好的为36.6km，有明显裂缝的为6.5km，渠道下部隆起的有7.6km，滑坡6.5km。2）、干渠冻胀破坏情况。经过多年对灌区白塬、三场塬、关川三条干渠总长106.33km渠道进行观测发现，遭受破坏为76.

4、77km，占渠道全长的72.2%。三、灌区渠道冻胀的特点和规律1、不同的渠道断面形式冻胀变形的程度不同对梯形断面渠道的冻胀数据分析发现：梯形渠道在两旁坡脚底以及坡面上部冻胀量比较小，而渠底的中位和坡面的下部冻胀量较大，坡面靠近坡脚处冻胀量最大。一般在坡面底部第一层预制块被推移跌叠，造成与第二层预制块的灰缝脱落，被冻结的基土消融后从灰缝中流出。渠底部分中间预制块隆起，混凝土的抗剪强度不足使灰缝部位推移错位。7因此，我们将渠道断面形式由梯形渠底改为弧形渠底，观测后弧形断面冻胀变形均匀，坡面变形程度为梯水利建设形渠的1/

5、4，灰缝的变形是原来的1/5，渠底基本没有变形。2、不同的防渗衬砌形式冻胀破坏程度不同1）、砂砾垫层厚度与冻胀数据分析。在整个冻融期内混凝土块衬砌的混凝土面及基土的分层冻胀、融化变形、土壤水分、冻结深度、衬砌表面的温度等数据，分析研究表明：当垫层厚度为阳坡20cm～40cm、阴坡30cm～60cm之间，每增加15cm，冻胀就减少1cm。当阳坡衬砌面垫层厚度为30cm～60cm、阴坡40cm～80cm,砂砾石垫层每增加15cm，冻胀减小0.5cm。另外，混凝土块衬砌比现浇的渠道土壤中含水量高，冻胀量大，恢复较快。2）

6、、采用不同的防渗抗冻衬砌结构应用实例。在灌区干渠段选择了2600m渠道共有6种不同类型分8个断面进行比较，实践证明，深挖方地段砂砾垫层具有较好的防冻胀效果，但其抗渗性能比较差，不宜在高填方渠道使用。而用砂砾垫层，再增设防渗材料，效果较好。近年来，我们采用在深挖方地段采用砂砾垫层削减冻胀，再铺设塑料布或复合土工膜，用M10砂浆衬砌混凝土块的渠道，防渗和防冻效果显著；在高填方区采用了原土翻夯50cm，再铺设塑料布或复合土工膜，用2cm～4cm砂浆垫层衬砌混凝土块的渠道运行近4年，没有明显的冻胀变形。7四、原因分析1、冻

7、融循环形成冻胀破坏纯净水的冰点为0℃，而地基中水由于土壤含有盐等矿物质的影响水在-3℃冻结。土壤冻结时体积约增大9%，因而会产生冻胀。灌区每年冬灌结束在11月下旬，一般平均气温在-5℃～-7℃之间，当渠道排空时，土壤中所含的大量水分自然地从高压区流向低压区。所以，渠道基土中的水分逐渐向渠道内渗透。但是由于温度低，混凝土表面结冰，形成了一个封闭层使土壤中的水分无法正常排出。从而冰冻层每天以2.5cm～4.5cm的速度向土壤深层渗漏。每年的1月份，冰冻层可达30cm～65cm。2月份上旬，气温最低，冻胀层比较稳定，厚度

8、约为78cm～110cm。因为土壤在冻结时，水分向冻结面运动，在土壤中形成了含水量较低的区域相对冻胀量占总冻胀量的10%。从2月中旬开始，气温开始回升，开始融化。此时因冻胀混凝土受到拉力，当混凝土的抗拉能力小于冻胀力时，灰缝被拉裂脱落。在冰融时，水分随裂缝向外渗透。基土中下层还未解冻，不能吸收多余水分，导致大量水分集中在土壤深度为40cm之上的区域，这样基土