混凝土衬砌渠道保温防冻胀技术研究

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1、灌溉排水学报２０１５年４月第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０４－００４３－０６混凝土衬砌渠道保温防冻胀技术研究宋清林１，何武全１，李根１，赵宏伟２，张宇峰３（１．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌７１２１００；２．黑龙江省农垦红兴隆管理局蛤蟆通灌区管理站，黑龙江双鸭山１５５８１１；３．陕西杨凌职业技术学院，陕西杨凌７１２１００）摘要：通过调研我国北方大型灌区渠道保温防冻胀技术应用现状，并进行理论分析，提出了混凝土衬砌渠道保温防冻胀最佳

2、结构型式，并确定了其适用条件和范围。基于热传导理论和热阻等效原理建立了相应的保温板厚度计算公式，利用黑龙江蛤蟆通灌区试验数据确定了冻土等效导热系数计算方法，并对保温板厚度计算公式进行了验证。结果表明，计算值与最佳方案保温板厚度的最大误差为５．６２％，说明该计算公式有较高精确度，可以在黑龙江及其相似地区推广应用。关键词：混凝土衬砌渠道；保温防冻胀；最佳结构型式；等效导热系数中图分类号：Ｓ２７７；ＴＶ３１５文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０４．０１０宋清林，何武全，李根，等．混凝土衬砌渠

3、道保温防冻胀技术研究［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（４）：４３－４８．０引言［１］渠道衬砌防渗可以极大地减少渠道渗漏损失，是目前我国应用最广泛的节水工程技术措施。但是，季节性冻土地区的混凝土衬砌渠道由于负温作用，冬季常遭受严重的冻胀破坏，直接影响了工程的正常运行和［２－４］防渗效果，严重制约着我国北方寒冷地区渠道防渗工程技术的推广应用。渠道保温防冻胀技术可以减轻或消除渠道基土的冻胀变形，有效地解决混凝土衬砌渠道的冻胀破坏问［５］［６］题，目前已在北方灌区得到广泛的应用。对于保温防冻胀技术的研究，郭殿祥等根据试验资料提出

4、了渠［７］道保温板厚度计算相关参数的确定方法，提高了计算精度；规范中规定中小型渠道的保温板厚度按照设计［８］冻深的１／１０～１／１５取用，此计算方法使用简便，但计算结果通常偏大；李书民等通过分析不同地区保温板厚度的计算方法，总结出了简单实用的相关比拟法和等效厚度法，并通过南水北调中线河北段试验资料进行［９］了验证和修正，但其未考虑预留部分冻土的可行性，造成工程造价偏高；程满金等利用河套灌区现场试验资料分析了渠道不同坡面、部位和板厚在多个埋深处的地温、冻深、含水量和冻胀量变化规律及其特征，总结［１０］了聚苯乙烯保温板的铺设厚度

5、，为相似工程的设计提供了一定的参考；安鹏等基于热阻等效原理提出了预留一定冻土层的保温板厚度计算方法，并结合新疆车排子西干渠工程资料通过数值模拟对其方法进行了验证，但其忽略了水相潜热对冻土层导热系数的影响，冻土层等效导热系数取值偏大，导致保温板厚度计算值偏小。上述研究表明，保温板厚度计算公式的适用性和可靠性较差，计算误差较大，有待进一步研究。另外，工程应用中采用的保温防冻胀结构型式也不尽相同，缺乏系统的研究，给设计和施工带来了一定的技术难度。因此，提出混凝土衬砌渠道保温防冻胀最佳结构型式，并确定其适用条件和范围，建立科学的保温

6、板厚度计算方法，对季节性冻土地区渠道保温防冻胀技术的进一步推广应用具有重要的指导作用。收稿日期：２０１４－１０－１０基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题（２０１２ＢＡＤ０８Ｂ０１）；水利部科技推广计划项目（ＴＧ１２１４）作者简介：宋清林（１９９０－），男，山东诸城人。硕士研究生，研究方向为节水灌溉工程技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｑｌ９８６５３９２３７＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：何武全（１９６７－），男，陕西合阳人。副教授，主要从事节水灌溉理论与技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｗｕｑｕａｎ１９６７＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ４３１混凝土衬砌渠道

7、保温防冻胀最佳结构型式［１１］对季节性冻土地区的渠道而言，理想的渠道应同时具备耐久性好、防渗漏和防冻胀功能。张宇峰［１２］等根据季节性冻土地区渠道冻胀破坏的特点，结合我国北方大型灌区渠道衬砌保温防冻胀技术应用现状，总结工程实例中的成功经验，初步提出了渠道保温防冻胀最佳结构型式及其技术要求和适用范围。在蛤蟆通灌区总干渠保温防冻胀试验的基础上进行补充和完善，提出了“预制混凝土板＋砂浆过渡层＋防渗膜料＋保温板”（见图１（ａ））和“现浇混凝土板＋复合土工膜＋保温板”（见图１（ｂ））２种混凝土衬砌渠道保温防冻胀结构型式，具有防渗防冻胀

8、效果好、适用范围广、经济实用等优点，可作为混凝土衬砌渠道保温防冻最佳结构型式进行试验和示范推广。图１混凝土衬砌渠道保温防冻胀最佳结构型式为确保渠道良好运行，充分发挥保温措施的防冻胀效果，应用该保温防冻胀结构型式时应满足以下适用条件和范围：１）渠基土质为冻胀性土，渠基土冻胀级别为Ⅲ级及以上或