岳普湖县某渠道防冻胀设计

罗 帆

岳普湖县某渠道防冻胀设计

罗 帆

（新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

岳普湖县位于新疆维吾尔自治区西南部。笔者介绍了岳普湖县某渠道冻胀危害产生的原因及渠道进行冻胀危害处理的必要性，并对该渠道冻胀危害的处理方法及计算过程进行了阐述。

渠道；冻胀；危害；处理

1 概 述

岳普湖县隶属于新疆喀什地区，位于新疆维吾尔自治区西南部，塔里木盆地西缘，属喀什盖孜河冲积平原的一部分，地理位置介于东经76°25′～77°25′和北纬38°46′～ 39°22′之间，海拔1180～1225m。

县域北部、西部与伽师县、疏勒县为邻；东部、南部与巴楚县、莎车县接壤；全县总面积3128.09km2（据全国第二次土地调查—岳普湖县第二次土地调查，包括农三师42团146.88 km2和塔什库尔干县塔吉克阿巴提镇33.36km2，其中岳普湖县面积为2947.85 km2），其中灌溉面积72万亩。

项目区地处欧亚大陆中部，远离海洋，属暖温带大陆性气候，其特征是干燥少雨，蒸发强烈，春季多风沙、浮尘天气，秋季天气较好。根据岳普湖县气象局提供资料，多年平均气温(1980～2009年)为11.7℃，年较差33.4℃，年均日较差14℃～17℃。1月份最冷，平均气温为-6.8℃。7月份最热，为26.3℃。极端最低温度为-23.4℃（1974年），极端最高温度为41.8℃（1968年7月21日）。干燥度为13.27。多年平均无霜期214d，最长228d。多年平均年降水量约52.5mm，最多150.6mm，最少16.4mm。多年平均蒸发量为2584mm（E601型），日照时数达2500-3000h，太阳年辐射量为140kc/cm2，有效辐射能70kc/cm2。全年以静风为主，其次是东风，南风与西南风较少，年平均风速2.1m/s。

岳普湖县每年12月10日左右开始封冻，2月 25日左右解冻。冻土持续日数为105天左右，最大冻土深度82cm。

据相关研究表明：渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致。渠道部位如果地下水埋深较浅，再加上特殊的地质条件和比较低的内部温度，渠基土受冻会体积膨胀，继而顶托衬砌，破坏渠道。

对于渠道冻胀危害，可以通过改变渠道结构形式、置换渠基土等方法消除和减弱。

2 渠道防冻胀设计

该项目区位于盖孜河冲积平原上，在区域大地构造上属塔里木地台南缘岳普湖洼地上，无断裂构造发育，无不良地质现象。

项目区地形西北高东南低，自然坡降为1/3000～1/800。项目区出露的地层均为低液限粉土，不均匀系数（CU）在17.0～48.8之间，曲率系数(CC)在1.6～4.6之间，粘粒含量（d ＜0.005mm）在10.0%～55.0%之间，粉粒含量（d =0.075～0.005mm）在38.5%～71.6%之间，内摩擦角14.5～35.0度，粘聚力6.5～20kPa，渗透系数在4.73× 10-3cm/s，天然容重为1.44～1.6g/cm3，含水率在8.51%～34.75%。

该工程据相关地质资料分析，工程区内的地层由低液限粉土组成，根据颗分资料可知，小于0.075mm的颗粒含量一般在70% 以上，项目区土层为冻胀性土，结合《渠系工程抗冻胀设计规范》SL23-2006的判别标准，需要考虑抗冻胀设计。

依照SL23-2006规定：对季节冻土冻深大于10cm的地区，应计算渠道设计冻深等参数，以采取必要的防冻胀措施。本次渠道冻胀处理采用置换渠基土的方法。

首先计算设计冻深，然后计算地基土设计冻深和地基土冻胀量，再判别地基土冻胀性级别，最后确定置换深度。

（1）实测历年最大冻深Zm。

岳普湖县气象站位于岳普湖县城，距离项目区约20km,根据气象站多年观测资料可知，2007年岳普湖县城最大冻土深度达82cm，因此本次设计，渠道设计冻深采用Zm=0.82m。

（2）设计冻深Zd。

根据《渠系工程抗冻胀设计规范》SL23-2006中公式3.1.3，设计冻深按下式计算：

式中：Zd—设计冻深，m ；

Zm—实测历年最大冻深，m ；

Ψd—日照及遮阴程度影响系数，按下式确定：

其中：Ψi—典型断面某部位的日照及遮荫修正系数，查图B.1.1-1～2得Ψi=1.10。

α—系数，由表B.1.1-1查得；

ΨW—地下水修正系数；

式中：β—系数，查表B.1.1-2取值，得β=0.79。

ZWO—当地或邻近气象台（站）的冻前地下水位深度，对于粉质粘土ZWO取3.0m。

ZWi—计算点的冻前地下水位深度，取3.0m。（3）地基土设计冻深。

式中：Zf—地基土设计冻深，m；

δc—衬砌板的厚度，m；

δw—冻前底板上面的水深，m。

（4）地表冻胀量h 。

对于粉质粘土：

式中：h—地表冻胀量(cm)；

Zd—设计冻深(cm)，当用于计算地基土冻胀量hf时，应采用地基土设计冻深Zf；

Zw—冻前（冻结初期）天然地表或设计地面高程算起的地下水位深度(cm)，当用于计算地基土冻胀量hf时，应采用自底板底面高程算起的地下水位深度。

（5）地基土冻胀量hf。

式中：hf—地基土冻胀量，cm；

h—地表冻胀量(cm)；

Zf—地基土设计冻深，m；

（6）置换深度Ze。

ε—置换比（%），可结合当地经验，参照（SL23-2006）表。

由于支渠和斗渠渠线走向基本为WN-ES方向，因此统一对支、斗渠进行抗冻胀计算。

计算结果见表1，碎石置换层厚0.3m可完全满足抗冻胀要求。

表1 渠道抗冻胀设计基本参数计算表

3 结 语

渠道防渗可以减少渠道水的渗漏，节约用水，提高水的利用效率，缓解水资源紧缺矛盾。通过对渠道冻胀危害处理，可以减少冻胀危害对渠道防渗造成的危害，使防渗渠道使用时间更长。因此对该渠道进行防冻胀处理时非常有必要的。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.019

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1008-1305（2014）05-0055-02

罗 帆（1982年-），女，工程师。