工学水利工程毕业论文 大堵麻灌区续建配套与节水改造中的防冻胀措施

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1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号：XXXXXXXXX姓名：XXX专业：工学水利工程论文题目：大堵麻灌区续建配套与节水改造中的防冻胀措施指导老师：XXX二〇一一年十二月十日摘要：冻胀是渠道工程破坏的主要因素，同时渠道抗冻胀处理也是本次节水改造项目建设中的重点和难点。在项目建设过程中通过应用隔热保温、置换砂石料、设置排水暗沟、优化渠道纵横断面设计等技术措施有效防止了渠道冻胀破坏。　　关键词：大堵麻灌区；续建配套；节水改造；冻胀破坏　　　　1项目概况　　　　1.1地理位置　　大堵麻灌区位于河西走廊中部的民乐县境内西部。灌区南靠祁连山北麓，东依洪水河灌区，

2、北与甘州区相邻，地势由东南向西北倾斜，南北长42km，东西宽36km，土地总面积1251km2，农业灌溉区海拔2000～2600m。县城紧邻227国道，距张掖市65km，对外交通较为便利。　　1.2气象　　灌区属典型大陆性温带荒漠干旱气候，太阳辐射强，日照充足，夏季炎热，冬季寒冷，昼夜温差大，降水稀少，蒸发强烈，光热资源丰富，适宜种植多种农作物。多年平均气温3.80℃，极端最高气温32℃，极端最低气温-24.40℃，年日照时数2997h，多年平均风速4.50m/s，最大风速28m/s，多年平均降水量339.80mm，多年平均蒸发量1709.60m

3、m，多年平均最大冻土深1.62m，全年无霜期144d。　　1.3水文地质　　灌区位于河西走廊张掖盆地南部地带，地下水主要贮存于厚达600m左右的第四系松散岩类（砂卵砾石层）孔隙内，地下水埋深150～200m，开采相对困难，地下水富水性较强，单井涌水量1000～3000m3/d，水质优良，属Ⅰ类水；允许开采量660.36万立方米/年，目前开采量仅24万立方米/年，开采潜力较大，但开采困难，提水成本高，不宜大规模发展井灌。　　1.4工程地质　　本次改造工程主要分布在浅山地区，干渠垂直于等高线南北布置，坐落在各河流主河床或左右岸一级阶梯上，为砂砾石层或

4、砂壤土层基础，地质条件较好，有轻微的冻胀破坏，但是渠道自然落差大，部分渠段水流冲刷破坏严重。支渠均平行于等高线东西布置，分布在山前冲洪积扇上，表层为0.50～2.50m厚砂壤土或重壤土，属于弱冻胀-强冻胀性土，土层下面均伏巨厚砂砾石层，属于非冻胀性土，支渠基本建在砂壤土或重壤土层上，均有不同程度的冻胀破坏。该区域地下水埋深大，对渠道不产生负面影响，但是河流地表水和农田灌溉回归水对渠道冻胀破坏有很大影响，应根据不同渠段、不同土质类型和厚度区别进行处理。　　　　2渠道冻胀破坏机理分析　　　　通过对已建工程观察，渠道的损害形式主要以冻融破坏为主。　　一

5、是现有渠道衬砌材料均具有一定的吸水性，渠道工程又经常处于输水运行状态，致使渠道砌体和堤岸基土中含有大量的水分，这些水分在负温条件下冻结成固状物体，体积发生膨胀，膨胀量约为水体的1.10倍，并与基土一起膨胀，膨胀的基土受到渠道刚性衬砌体的约束，即对衬砌体产生冻胀力，当这种冻胀应力超过衬砌材料抗力时，渠体就会产生裂缝增加吸水性和渗漏量，致使砌体在第二个负温周期中结冰冻胀加剧破坏，经过冻结、融化和冻胀应力的反复作用，最终使渠道防渗体遭到冻融破坏；　　二是土体在冻结过程中不仅是初始冻结面的水分冻结膨胀，而且未冻区的水分在表面张力和毛细管作用下向冻结区迁移

6、，水分的迁移使冻结区的含水量剧增，导致冻胀加剧。随着冬季气温的不断下降，基土的冻结深度不断加大，水分迁移不断进行，基土的膨胀量与衬砌体产生的冻胀力也在不断增大，当冻胀力超过渠道衬砌体的结构强度时，衬砌体便产生法向位移，法向位移超过允许位移时衬砌体便遭到冻胀破坏。　　　　3渠道防冻胀措施的选择　　　　渠道冻胀破坏是衬砌体与基土冻胀膨胀相互作用的结果，根据各级渠道所处区域气候、地质、地下水埋深、日照时间及渠道级别等自然条件，本次改造项目干渠主要以套砌为主，防冻胀主要采取隔热保温措施，支渠以新建或拆除重建为主，防冻胀主要采取置换垫层，设置排水暗沟，优化

7、结构等多种综合措施进行处理。　　3.1隔热保温　　负温是渠道产生冻胀破坏的主要因素，在渠道衬砌体下面铺设一层受力变形小，隔热性能优良的保温材料，即可消除渠床基土在冬季的冻胀变形，有效的避免渠道冻胀破坏。　　隔热保温措施在渠道抗冻胀设计中应用较少，随着价格低廉、隔热性能良好的各种保温材料问世，这种抗冻胀措施越来越凸显出它的优越性。近几年在节水改造项目的干渠改建中借鉴张掖市黑河流域节水工程建设施工经验，成功应用聚苯乙烯保温板抗冻胀措施，效果十分明显。　　聚苯乙烯保温板具有较好的隔热性能，其导热系数≤0.04w/(m·℃)，在大堵麻东干渠改建中，在渠道

8、岸顶和渠坡、渠底衬砌材料下面均铺设一层密度为25km/m3、厚度为12cm的聚苯乙烯保温板，有效地防止渠床基土冬季温度降低，避免和减轻渠