李超

北疆某干渠渠道抗凍脹處理方案研究

李超

在我國(guó)寒冷地區(qū)渠道破壞主要表現(xiàn)為凍脹破壞，如何防治渠道凍脹破壞成為一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的工程問(wèn)題。敘述了北疆某干渠渠道抗凍脹處理實(shí)踐，供其它工程借鑒。

混凝土渠道 凍脹破壞 抗凍措施

1 工程概述

某干渠地處新疆北部地區(qū)，總長(zhǎng)63.53 km。其沿線渠道基礎(chǔ)為低液限粉質(zhì)黏土，其平均干容重表層1~3 m為14.5~16.0 kN/m3、3~6 m為16.0~17.0 kN/m3，空隙比平均為0.8~0.6，地基土粒小于0.05 mm的含量在65%~72%，屬于凍脹性土質(zhì)。渠道施工考慮抗凍脹措施。目前，解決這一問(wèn)題的處理方法常使用換填、抗凍脹結(jié)構(gòu)、保溫、排水、壓實(shí)等綜合措施。

2 凍脹計(jì)算及抗凍脹措施

2.1 凍脹計(jì)算

引起凍脹的原因主要有三點(diǎn)，凍脹性土、含水量、負(fù)溫。依據(jù)SL 23—1991《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行凍脹深度和凍脹量的計(jì)算，為渠床結(jié)構(gòu)的處理提供定量依據(jù)。設(shè)計(jì)凍深及凍脹量的計(jì)算見表1、2。

表1 工程設(shè)計(jì)凍深計(jì)算表

表2 渠道凍脹量計(jì)算表

按SL 23—1991《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》 規(guī)定，允許的凍脹量為0~2 cm。根據(jù)干渠抗凍脹計(jì)算成果，地下水位埋深在3.15 m時(shí)才滿足規(guī)范要求，但許多渠段不滿足這一計(jì)算成果，因此需要采取相應(yīng)的抗凍脹措施。

2.2 抗凍脹設(shè)計(jì)

據(jù) “土在負(fù)溫下凍脹原理”，只有含有水分，并且屬于凍脹性的土才會(huì)在負(fù)溫下凍脹，因此，切斷凍土地基在凍結(jié)前、后的補(bǔ)給水源和改變渠基土的結(jié)構(gòu)，是最常用抗凍措施。目前常用的抗凍措施有：

（1）換填措施：渠底用非凍脹性土換填凍脹性土。

（2）抗凍脹結(jié)構(gòu) （剛性結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)）：采用梯形弧腳斷面，渠底及弧腳用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

（3）保溫措施：地下水位較淺的渠段用苯板保溫。

（4）排水措施：地下水位較淺的渠段加渠底排水溝。

抗凍脹計(jì)算結(jié)果表明，渠道全線因地下水位較高而不能滿足抗凍脹要求，必須采取相應(yīng)的綜合工程措施，其設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是限制凍脹量在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。本工程渠道全線采用梯形弧腳斷面型式，渠基采用換填砂礫石、保溫及排水等多項(xiàng)措施。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究北疆農(nóng)六師、農(nóng)七師、農(nóng)八師等工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件相似渠道的防凍措施，結(jié)合尾部平原渠道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按上面所列抗凍脹的4種措施進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。根據(jù)GB 50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算砂礫石換填厚度，結(jié)果見表3。

表3 干渠渠床砂礫石置換厚度計(jì)算表

考慮到施工工期和經(jīng)濟(jì)效益，從表3實(shí)際采用換填厚度看出，渠道全線的換填砂礫石厚度是偏小的，因此，要求渠道在入冬前必須早停水，并防止冬天渠道左側(cè)上游的自流井水淹沒(méi)渠基。

渠底距地下水位高度大于3.0 m者，渠道的底部及坡面均采用換填40 cm厚砂礫石措施；渠底距地下水位高度小于3 m（不能滿足3 m的按2.5 m控制）者，渠底及坡面除換填厚40 cm砂礫石外，再將苯板置于土工膜和砂漿找平層之間進(jìn)行保溫（苯板的厚度為60 mm，相當(dāng)于折減90 cm的凍深）。渠道保溫段渠床結(jié)構(gòu)劃分見表4，全線保溫段長(zhǎng)度15.21 km；對(duì)于地下水位距渠底較近或高出渠底的渠段，渠道底部采取設(shè)縱、橫向排水溝的措施降低地下水位。

在吉三泉水庫(kù)前后21+777—23+077、23+277—24+375段為加寬梯形渠道段，合計(jì)渠段長(zhǎng)2.398 km，渠底寬13 m。該段采用土工膜防滲，土體護(hù)坡，土工膜的下面仍設(shè)40 cm厚砂礫石層，土工膜的上面回填60 cm厚壓實(shí)土。庫(kù)區(qū)全部采用土工膜水平防滲。

本工程根據(jù)渠段地下水埋深，地下水位較淺渠段在置換凍脹土措施后仍然需要設(shè)置縱橫向排水系統(tǒng)，將渠道滲水或外水排出，以降低地下水和土中含水量。

其它具有凍脹性土的渠段，由于地下水位較深，沒(méi)有毛細(xì)管水上升達(dá)到凍脹含水量的問(wèn)題，但渠道本身的滲漏會(huì)產(chǎn)生凍脹問(wèn)題，本工程在此類渠段也采用換填砂礫料的方式進(jìn)行解決，通過(guò)夯實(shí)砂礫料墊層而加固渠床，并兼有排水作用。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程從2005年竣工至今運(yùn)行良好，渠道未出現(xiàn)膨脹裂縫、隆起架空、坍塌等凍脹破壞情況。由此可見，該干渠采取的防凍脹綜合措施是有效的，其成功經(jīng)驗(yàn)可供類似工程借鑒。

表4 干渠渠床結(jié)構(gòu)劃分表

[1]唐業(yè)清.簡(jiǎn)明地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工手冊(cè) [M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]SL 23—1991渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

李 超 男 工程師 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院新疆烏魯木齊 830000

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