明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究

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1、2012年7月地下水Jul.，2012第34卷第4期GroundwaterVol.34NO.4明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究曹倩，孙博，曹文京(山东省胶东调水局，山东济南250010)［摘要］山东省胶东调水工程所在区域位于暖温带季风气候区，有明显的海洋性气候特征，在冬季引水时，受到低温、冰凌影响对明渠衬砌工程产生冻胀破坏，严重影响引水安全。从渠道的冻胀原因入手，寻求合理的防冻胀措施。［关键词］渠道;衬砌;冻胀破坏;成因分析;措施［中图分类号］TV672［文献标识码］B［文章编号］1004－1184(2012)04－0173

2、－03山东省胶东调水工程位于我省胶东半岛北部，渠首至引大，其冻胀性也增大。粒径＜0．01～0．05mm时就会发生冻黄济青宋庄分水闸段为利用现的引黄济青工程，输水线路长胀，粒径为0．05～0．002mm时，具有最大的冻胀性，当粒径160．5km;宋庄分水闸一威海市的米山水库为新辟线路，输＜0．002mm时，冻胀性相应减弱。在自然条件下，不同土壤水线路长306．703km，是一项以输水为主，同时兼顾防洪、排的冻胀量顺序如下:粉质粘土＞壤土＞砂壤土＞重粘土＞砂涝、灌溉等多功能于一体的长距离跨流域调水工程。胶东地土＞砂砾。区引黄调水工程输水

3、明渠位于我省胶东半岛的东北部，渠首1．1．2含水率位于昌邑市引黄济青输水河设计桩号160+500处，输水明从材料来说，渠道衬砌的材料具有一定的孔隙，其内部渠沿莱州湾海岸，向东北方向至龙口市的黄水河泵站，输水所含有一定的水分，在低温下结成冰，体积会发生膨胀，当这线路全长159．609km，途经昌邑、平度、莱州、招远、龙口共5种作用引起的应力超过材料强度时，就会使衬砌体表面产生个县级市。胶东调水工程输水明渠段工程位于暖温带季风一定数量的小裂缝。再经过数次的周期性冻融循环，衬砌裂气候区，但具有明显的海洋性气候特征。多年平均气温11℃缝的扩

4、展增强了渗漏，加快了基土的冻胀及衬砌的冻胀破～14℃无霜期为200～220d。多年(1956～2010年)平均降坏。因此，渠基土的含水率是渠道砼衬砌冻害的决定性因水量654．0mm是我省降水量低值区。年平均蒸发量在900素。渠基土含水率大，冻胀量就大;含水率小，冻胀量就小。～1000mm之间，属于半干旱半湿润地区。处于季节性冻土同时，地下水位的埋深也对渠道的冻胀有重要的影响。山东地区，地表层存有冬冻春融的冻结融化层，土体发生的物理省水科院经试验认为，对土体冻深有影响的地下水埋深范围力学性质的挤压和减压变化，直接影响着上部建筑物的稳定

5、(L)应≤土壤毛细水上升高度(H)与土体冻深(Z)之和，即L性，如地表冻胀隆起、融化沉陷，导致基土上建筑物受到不同≤H+Z。程度的破坏。渠道冬季输水，形成大气与水之间的热量交1．1．3温度换，当水面负温时，即开始结冰，经过冰絮、岸冰、流冰、封冻、介质温度愈低，土中水分相变成冰愈多，冻胀愈强。低解冻等过程，流冰中的冰塞、冰坝和壅高将对渠道上建筑物温时渠道输水使大量水分渗入土体，使砌体下土体水分增和渠道两侧起到破坏作用，产生的渠道变形、开裂和滑塌现大。冷空气的侵袭，使土体水分迁移引起分凝冰层产生，导象，严重影响了工程的正常运行和效益的充

6、分发挥，大大降致土体冻胀和融弱层的出现及冷锋面的变化，破坏土体原结低了渠道的使用寿命。构。长期的低温，使土体表层与深层冷暖面温差越来越大，冻结缘不断将未冻区域水分迁移到冰凝层，使冻结缘越来越1渠道砼衬砌冻胀破坏的影响因素及厚，在地下水位较高地域更严重。成因分析1．1．4走向渠道的走向不同，使各断面的日照、风速和温度状况有1．1影响因素很大差别。南北走向的渠道阴阳两坡条件相似，冻结规律大渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌板，致相同，但由于坡顶为二向冻结，受风的作用较大，含水量较从而使衬砌板也承受不均匀冻胀变形的作用，当衬砌体

7、内弯小，表现为渠坡上部冻深最大，渠底最小，阴坡冻深略大于阳曲应力或剪应力超过一定范围时，便产生衬砌体的冻胀、裂坡10%～20%;东西走向的渠道由于日照的影响，阴阳两坡缝鼓起、错位等形式的破坏。根据施工现场看，造成渠基土冻结与冻深差别明显，阴坡开始冻结日期比阳坡早，冻结深受冻引发衬砌不均匀冻胀破坏的影响因素主要有以下几点。度也较大。1．1．1土质1．1．5衬砌材料和结构形式在一定负气温条件下，当土质中的水发生水分迁移和分从材料方面说，渠道衬砌的材料具有一定的孔隙，又经凝冰层时会导致土质冻结，进而造成砼衬砌冻胀破坏。而不常处于水环境中，

8、其内部总是含有一定的水分，在低温下结同的土质冻结过程中，土质的水分迁移量不同，即土的冻胀成冰，体积会发生膨胀，当这种作用引起的应力超过材料强敏感性不同。根据资料说明，土的冻胀敏感性决定于土颗粒度时，就会使衬砌体表面产生一定数量的小裂缝