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某灌区工程渠道防冻胀施工技术初探

来源:原创论文网 添加时间:2017-05-20

摘要

  1、工程概况

  某地区农田灌溉以渠道输水为主,但受当时建设条件的限制以及后期缺乏有效管理维护的原因,渠道发生严重的冻胀破坏,渠道输水有效性遭到很大程度的影响。

  干渠工程包括明渠 56.62 km、一号隧洞 1.78 km,伴行路56 km、渠道护坡、纵横排水等。明渠为弧底梯形断面,底宽 4 m,渠深 5.7~5.9 m,纵坡为 1/8 000,边坡系数为1∶2,隧洞为马蹄形,直径为 6 m,主要承担冬季发电引水与周边灌区供水任务。由于地处冬季较为寒冷,渠道冬季运行时会出现流冰、岸冰等不同程度的冰凌灾害,降低渠道输冰过水能力,严重的甚至导致断流、漫堤等情况,对于渠道正常功能的有效发挥造成严重影响。

  2、渠道防冻胀施工设计

  经计算,渠道各支部设计冻深如表 1 所示。

表1莫乎尔灌区某干渠各支部设计冻深
表1莫乎尔灌区某干渠各支部设计冻深

  依照对《渠系工程抗冻胀设计规范》(SL23-2006)附录 C 中粉质粘性土层地表冻胀量查图可知,某干渠边坡地表冻胀量为 75 mm,底部地表冻胀量为 70 mm,依照冻胀性划分标准,边坡及渠底属于Ⅲ级。

  针对渠道冻胀土基可通过基土保温或基土换填的方法进行处理,故对 2 种方案进行比选:方案 1 为基土保温法,选用苯板铺设保温防冻层;方案 2 为基土换填法,选用沙砾料作为原材料,沙砾料在灌区内广泛分布且储量较大,可很好满足施工需求。

  基土保温法是通过消除渠道冻胀中的温度因素来实现对冻胀灾害的有效预防,其常用材料为苯板(聚乙烯泡沫板)。依据《渠系工程抗冻胀设计规范》(SL23-2006),铺设厚度为铺设渠段设计冻深的 10%~15%,即 6~11mm。在充分结合工程实际地质的基础上,参照土质、冻结指数等性能指标最终确定渠段铺设聚乙烯泡沫板厚度为6 cm。

  结合工程设计参数及相关工程规范,计算可知某干渠渠道底部nZ =0.42 m,渠道边坡nZ=0.35 m,同时结合当地以往施工经验,最终确定渠道底部及边坡置换深度分别为50 cm 和 45 cm。从施工、投资及建材应用等方面对 2 种方案进行比选。方案 1 施工工艺相对简单,换填所用沙砾料在灌区内广泛分布且储量较大,取材方便,工程投资成本较低,但工程土方换填量较大,施工周期较长。方案 2 土方填挖量小,施工周期短,但施工工艺相对复杂,投资成本较高。

表2防冻胀施工设计方案经济对比
表2防冻胀施工设计方案经济对比

  表 2 为两方案经济对比表,由表对比可知,方案 2 施工成本比方案 1 高 6.5 万元 /km。因此,综合考虑施工成本和施工进度需求(进度需求较低)最终选择方案 1 作为渠道防冻胀施工设计方案。

  经计算基础下渠道边坡与渠底基土冻胀量分别为 3.65mm 和 3.85 mm,两者均符合设计规范要求,表明某干渠防冻胀施工取得良好效果。

  3、结语

  渠道输水效率对农业灌溉有着重要的影响,尤其对于以明渠为主要输水方式的农业灌溉区。针对某灌区干渠防冻胀施工改造,对比分析 2 种不同施工设计方案,在综合考虑施工实际需求与施工成本优化的原则上,选取最优方案进行渠道防冻胀改造施工。改造工程完工以来,实际应用效果良好,渠道未再发生冻胀损坏现象,在最优化工程施工成本,提升了渠道水资源利用效果,极大地保障了该农田灌溉效率。

  参考文献
  [1] 刘旭东.混凝土衬砌渠道抗冻胀技术措施及其机理研究.西北农林科技大学,2010
  [2] 金游,张振宇.渠道衬砌混凝土抗冻蚀施工工艺研究.西北水电,2016,(3):37~40
  [3] 徐庆河.渠道衬砌混凝土受冻起皮分析及处理措施研究.人民黄河,2010,(8):142~143
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