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渠道襯砌結(jié)構(gòu)研究論文
摘要:隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,水資源在國民經(jīng)濟中的戰(zhàn)略地位逐步的體現(xiàn)出來,同時國家力主發(fā)展節(jié)約型社會,積極推行節(jié)水型城市的創(chuàng)建,如何提高水資源的利用率是一個關(guān)鍵問題。東營市位于黃河最下游,當(dāng)?shù)厮Y源比較缺乏,經(jīng)濟社會需水主要依賴于黃河水,節(jié)水措施顯得尤為重要,目前東營市各大灌區(qū)均已實施了配套節(jié)水改造工程,干渠都已襯砌,結(jié)合工程實踐經(jīng)驗,對渠道襯砌的結(jié)構(gòu)型式進行研究,優(yōu)化工程設(shè)計,提高工程質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:渠道;襯砌;結(jié)構(gòu)型式
一、襯砌型式
干渠襯砌工程不僅要滿足防滲、護坡、減少糙率的要求,而且要經(jīng)受凍脹等多種不利因素的考驗,因此,渠道襯砌型式必須考慮各種因素的影響。
1、自然與地質(zhì)條件
氣溫:工程地區(qū)多年平均氣溫12.8℃,月平均最低氣溫-2.8℃(1月),極端最低氣溫-23.3℃,根據(jù)國家氣候分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)屬溫和地區(qū)。多年平均最大凍深0.64米。
土質(zhì):根據(jù)工程地質(zhì)報告,渠道沿線為黃河近代沉積土層,以粉土、粘性土為主,多數(shù)渠段粘粒含量在10%左右,極少數(shù)在20%左右,屬凍脹土。
地下水:四干渠下游段為半地下渠,襯砌板需采取排水措施。
2、襯砌型式
根據(jù)沿線工程地質(zhì),渠道采用全斷面防滲襯砌型式。
二、襯砌結(jié)構(gòu)
1、襯砌高度
渠道設(shè)計水深2.20m,堤頂高3.0m,根據(jù)規(guī)范規(guī)定,渠道內(nèi)坡襯砌頂高程應(yīng)高于設(shè)計水位0.3m～0.8m,結(jié)合項目實際情況,本工程取0.4m。
2、防凍脹結(jié)構(gòu)
�、俜纼雒洿胧┑倪x定
根據(jù)研究和試驗,造成渠道凍脹破壞的主要因素為低氣溫、凍脹性土壤及高含水率。本項目所在地區(qū),冬季氣溫低,負(fù)溫持續(xù)時間長,土壤組成多為粉沙含量高的凍脹性土壤,再加上農(nóng)田冬灌時需要在冬季輸水,因此,渠道在運行中出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象是必然的。
根據(jù)曹店干渠觀測資料,負(fù)溫指數(shù)為282℃.d的1985～1986年,渠道陰坡上部的最大凍土深度為64cm,陰坡下部的最大凍脹量達(dá)14.27cm,對混凝土襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞。為防止渠道邊坡的混凝土襯砌板產(chǎn)生凍脹破壞,設(shè)計中必須采取可靠的防凍脹措施。
目前,渠道襯砌采取的防凍脹措施主要有排水法、換土法和保溫法。排水法需要在混凝土襯砌結(jié)構(gòu)以下鋪設(shè)排水體和排水管道,以排除地下水,降低地下水位,減少渠堤土的含水量,采用排水法施工工藝較為復(fù)雜,工程質(zhì)量難以保證。換土法必須把渠堤的凍脹土壤換成不凍脹的砂礫料,換砂厚度要求在凍深的60～80%以上,需要大量的砂礫料,工程費用高,且施工復(fù)雜。保溫法是采用具有良好保溫效果的材料,阻止或削弱渠堤與外界的熱量交換,減少基土的溫度下降幅度,從而減少凍結(jié)深度,防止凍脹破壞。綜合以上三種方法,結(jié)合本工程特點,確定采用保溫法進行防凍脹設(shè)計。
�、诜纼雒洸牧系倪x定
聚苯乙烯泡沫塑料是一種優(yōu)良的隔熱保溫材料,具有吸水性小、不透水、耐腐蝕和抗老化等優(yōu)點,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn),其導(dǎo)熱系數(shù)為0.038千卡/米小時度,僅為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的2%左右。近年來國內(nèi)對聚苯乙烯泡沫塑料用于渠道襯砌結(jié)構(gòu)防凍保溫做了大量的試驗研究,研究結(jié)果表明聚苯乙烯泡沫板具有良好的防凍保溫效果,在混凝土襯砌板下鋪設(shè)一定厚度的聚苯乙烯泡沫板后,可以有效地消除或削減凍脹。由于聚苯乙烯泡沫保溫板具有一定的壓縮性,可以消減對混凝土的凍脹力,而且采用聚苯乙烯泡沫板保溫,具有造價低、施工簡單、施工質(zhì)量易保證等優(yōu)點。據(jù)此,采用聚苯乙烯泡沫板保溫,是本工程渠道襯砌防凍脹材料的最佳選擇。
根據(jù)有關(guān)工程經(jīng)驗,參照《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》,混凝土襯砌的允許凍脹量為:陽坡2cm,陰坡3cm。經(jīng)輸水期、完建期凍脹計算,其計算值按減少35%進行折減后,本工程東西向陽坡、陰坡均需采取防凍保溫措施。
�、郾匕邃佋O(shè)厚度確定
根據(jù)山東省水利科學(xué)研究院實驗研究成果,聚苯乙烯泡沫板保溫板的厚度,采用下式計算:
hb=λb(H/λ土-hS/λS)
式中:hb—聚苯乙烯泡沫板保溫板的厚度(米);
hS—混凝土板的厚度(米);
λb—聚苯乙烯泡沫板的導(dǎo)熱系數(shù)(千卡/米小時℃);
λ土—渠堤土的導(dǎo)熱系數(shù)(千卡/米小時℃);
λS—混凝土板的導(dǎo)熱系數(shù)(千卡/米小時℃);
H—等效土層厚度(米)。
對于東西向渠道陰坡,可忽略太陽照射的影響,H按公式
H=(P×a/π)1/2ln(A/t)計算
式中:P—溫度變化周期,取365日計算;
a—渠堤土的導(dǎo)溫系數(shù)(m2/日);
A—氣溫的年變幅(℃);
T—年平均氣溫(℃)。
對于東西向渠道陽坡,由于受到不同程度的陽光照射,能吸收其輻射熱量,所需保溫層厚度可小些,其等效土層厚度按下式計算:
H=(P×a/π)1/2ln[A/(t+△t)]
△t={mαSO×13.7×[1-(1-0.32)n]}/β
式中:
△t—太陽輻射而增加的溫度(℃);
m—渠道走向影響系數(shù),據(jù)省水科院成果確定;
α—混凝土的吸熱系數(shù),取α=0.65;
SO—年平均輻射能(千卡/米2時),根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與溫度控制》中有關(guān)資料確定;
N—云量,由氣象部門統(tǒng)計資料確定;
β—混凝土的放熱系數(shù),取2千卡/米2時度;
根據(jù)以上公式計算,陰坡保溫板的厚度為30mm,陽坡保溫板的厚度為20mm。
三、襯砌結(jié)構(gòu)
四干渠下游段為半地下渠,部分襯砌結(jié)構(gòu)受地下水影響。對于不受地下水位影響的渠段,渠道內(nèi)坡襯砌結(jié)構(gòu)自上而下分別為:
�、贊{砌C20混凝土預(yù)制板,厚60mm。
�、诰郾揭蚁┡菽匕�,陰坡厚30mm,陽坡厚20mm。
�、蹚�(fù)合土工膜:規(guī)格為一布一膜,鋪設(shè)時膜面朝上。
對于受地下水位影響的渠段,混凝土預(yù)制板設(shè)無砂混凝土塊排水孔,并在襯砌結(jié)構(gòu)底部鋪設(shè)中粗砂墊層,厚100mm。襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)排水孔的渠段,復(fù)合土工膜換為土工布。
另外,襯砌坡頂設(shè)C20現(xiàn)澆混凝土封頂板,厚100mm;坡底設(shè)現(xiàn)澆C20混凝土鎮(zhèn)腳,高500mm,底寬500mm。
渠底采用200mm厚12%水泥土作防滲層,灰土厚200mm。
四、主要材料
�、偎仨蓬A(yù)制板:采用矩形等厚板,板厚60mm;混凝土強度等級為C20,抗?jié)B等級為W6,抗凍等級為F100。根據(jù)抗凍要求,摻加一定比例的引氣劑。最大水灰比不超過0.55。
�、诰郾揭蚁┍匕�:根據(jù)凍脹量計算,參照有關(guān)工程經(jīng)驗,陰坡保溫板厚30mm,陽坡保溫板厚取20mm,保溫板的性能指標(biāo)應(yīng)符合《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL18-91)規(guī)定。
③復(fù)合土工膜:規(guī)格為一布一膜,其中下層為200g/m2的土工布,上層為0.25mm厚的塑膜。
④水泥土:渠底采用12%水泥摻入量的水泥土作防滲層,厚200mm。
五、主要細(xì)部構(gòu)造
①預(yù)制砼板的砌筑縫:所有預(yù)制砼板一律采用長邊橫臥鋪砌,每個分段的第一行一律砌整板。為了錯縫需要,第二行在兩端各用一塊半板,以上各行依次重復(fù)錯縫鋪砌。用M15干硬性水泥砂漿填縫。
②襯砌分縫:包括兩側(cè)鎮(zhèn)腳在內(nèi),每隔9.58m(鋪116塊)設(shè)一道分段縫,縫寬30mm,縫內(nèi)填滿PT塑料膠泥。
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