渠道刚性衬砌防冻胀结构选择-发表论文网__集群

　　渠道刚性衬砌防冻胀结构选择
　　刘锋
　　宁夏宁西供水有限公司
　　摘要：渠道刚性衬砌冻胀破坏与基土冻胀的不均匀性、衬砌受到的约束及其抵抗或适应基土冻胀变形的能力等因素有关。选择防冻胀衬砌结构，应从降低基土冻胀的不均匀性、减少衬砌结构的约束条件、提高衬砌结构的强度和适应变位能力等方面考虑。通过对衬砌结构发生冻胀破坏的原因分析，针对渠道不同的水文地质条件和运用情况，提出相应的防冻胀衬砌结构。
　　关键词：渠道防冻胀衬砌结构选择
　　在北方季节冻土区，渠道衬砌如不采取必要的防冻胀措施，常发生基土冻胀破坏。主要表现形式有衬砌鼓胀裂缝、隆起架空、整体上抬、板块错位，严重的还会造成衬砌破碎或滑塌。渠道衬砌的冻胀破坏，导致其失去防渗减糙作用，增大渠道输水损失，降低渠道水利用系数。通过渠道衬砌冻胀破坏调查与实际观测分析，渠道刚性衬砌基土冻胀破坏，与基土冻胀位移量大小及其不均匀程度、衬砌结构受约束条件、衬砌结构抵抗或适应基土冻胀变形的能力等因素有关。为避免衬砌发生冻胀破坏，保证渠道衬砌的防渗减糙作用，应针对不同的基土冻胀情况，采取相应的衬砌结构形式。
　　一、渠道刚性衬砌发生基土冻胀破坏的影响因素
　　1．基土冻胀及其不均匀性
　　基土产生较大的冻胀量是造成衬砌破坏的必要条件，但不是充分条件。也就是说，基土发生冻胀并不一定造成衬砌破坏，基土冻胀还必须具有一定的不均匀性。基土发生超出衬砌结构所能适应的不均匀冻胀才是造成衬砌发生冻胀破坏的最基本因素素。基土之所以发生不均匀冻胀主要有以下几个原因：
　　(1)基土水分条件沿渠坡的分布不同。不同的渠坡高度，距地下水位的距离不同，造成基土含水量和在冻结过程中的水分补给条件不同；衬砌结构的分缝止水效果差或被破坏，发生渗漏，造成基土局部含水量的增大。因此，在基土冻结时即发生不均匀冻胀。
　　(2)基土土质的不同。不同的渠段或不同的渠坡高度，一般会出现不同的基土土质，不同的基土具有不同的冻胀敏感程度。
　　(3)受日照与遮荫不同。渠道断面各部位，由于日照与遮荫条件不同，形成不同的冻深，引起不均匀冻胀。
　　(4)保温效果的不同。由结构性要求衬砌的不同部位具有不同的厚度，或运用条件要求不同的部位具有不同的裸露程度，如此对基土形成了不同的保温效果，造成基土冻土层厚度的不同，引起不均匀冻胀。
　　(5)冬季输水渠道输水水位上下冻结条件的不同，造成水面上下渠坡具有不同的冻胀。
　　2．衬砌混凝土发生基土冻胀位移时受到约束
　　衬砌基土发生冻胀时，衬砌结构受到约束作用，使其不能随着基土冻胀而发生位移，造成破坏。衬砌板受到的约束主要有以下几个方面：
　　(1)冬季不输水渠道渠坡对渠底、渠底对渠坡的约束。冬季不输水梯形渠道，在坡脚部位，渠坡与渠底的冻胀位移方向不同，使其互相约束，不能适应基土冻胀变位。
　　(2)衬砌板与基土冻结力的约束。在基土水分条件较高的情况下，基土冻结首先把衬砌板与基土冻结在一起，在基土发生不均匀冻胀时，冻结力产生约束作用，限制了衬砌机构的自由位移。
　　(3)冬季输水冰盖约束。冬季输水渠道在形成冰盖的情况下，冰盖将约束渠道衬砌结构的冻胀变位。
　　(4)衬砌板块之间的约束。衬砌板块之间相互挤靠形成约束。
　　3．衬砌混凝土板抵抗或适应基土冻胀变形能力
　　在衬砌基土的冻胀性确定以后，衬砌是否发生基土冻胀破坏，主要决定于衬砌混凝土板抵抗或适应基土冻胀变位的能力。其影响因素主要有以下几个方面：
　　(1)衬砌板的结构形式及混凝土强度。衬砌板的结构形式整体性强、强度较高时，在基土冻胀作用下，不易发生断裂等结构性破坏，抵抗冻胀的能力较大。整体性强的衬砌结构如加肋板、中厚板、加厚板、楔形板等。
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