土工格室在辽宁地区渠道衬砌中的应用研究

宗兆博

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003）

土工格室在辽宁地区渠道衬砌中的应用研究

宗兆博

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003）

本文主要研究土工格室在辽宁地区渠道衬砌中的应用。通过设置 3 处试验段，在每个试验段的边坡上分别设计了不同厚度的土工格室混凝土结构，通过大量的观测数据分析得出了土工格室的适用条件，为工程设计提供了指导。

土工格室；渠道衬砌；冻胀；辽宁地区

据不完全统计，辽宁省大型灌区多年平均引水总量 50 亿 m3，损失水量达 20 亿 m3以上，相当于一个大型水库的容量，其中 80%损失于输、配水过程中，因此，应从浪费最为严重的渠道输水角度出发，积极采取渠道防渗技术，才能提高灌溉渠系水利用系数，解决农业用水供需矛盾。辽宁省灌区渠道衬砌在冬季运行过程中均存在冻融、地基土冻胀作用的问题，使渠道衬砌表面发生不同程度的破坏，从而造成水资源的浪费。

土工格室是国际上出现的一种新型土工合成材料，材质由高分子聚合物片材经高强力焊接而成。经张拉展开后的土工格室形似一蜂窝状的板块结构。土工格室用于渠道边坡衬砌时，使格室与填充混凝土一起构成一种柔性结构层，通过这种结构层来提高渠道衬砌坡面的强度和刚度，避免了坡面因冻胀引起的不均匀变形。

1 试验段选择

在东港、辽阳和沈阳3处试验段设计共采用了 6 种土工格室混凝土护坡结构：1） 东港十一支渠。结构一，素土夯实+40cm 砂石垫层+土工格室混凝土护坡（50cm×50cm×6cm）+10cm 现浇钢筋混凝土底板 φ6@250mm×250mm； 结构二，素土夯实+40cm 砂石垫层+土工格室混凝土护坡（50cm×50cm×10cm）+10cm 现浇钢筋混凝土底板 φ6@250mm×250mm；对比结构，素土夯实+ 40cm 砂石垫层+10cm 现浇钢筋混凝土 φ6@250 mm×250mm。2）辽阳斗渠。结构一，素土夯实+复合土工膜（两布一膜）+土工格室混凝土护坡（35 cm×35cm×6cm）+7cm 现浇钢筋混凝土底 板φ5@150mm×150mm；结构二，素土夯实+复合土工膜（两布一膜）+土工格室混凝土护坡（35cm× 35cm×8cm）+7cm 现浇钢筋混凝土底板φ5@150 mm×150mm；对比结构，素土夯实+7cm 现浇钢筋混凝土 φ5@150mm×150mm。3）沈阳斗渠。结构一，素土夯实+复合土工膜（两布一膜）+土工格室混凝土护坡（35cm×35cm×6cm）+8cm 现浇钢筋混凝土底板 φ5@150mm×150mm；结构二，素土夯实+复合土工膜（两布一膜）+土工格室混凝土护坡（35cm×35cm×8cm）+8cm 现浇钢筋混凝土底板φ5@150mm×150mm；对比结构，素土夯实+8cm现浇钢筋混凝土 φ5@150mm×150mm。本文以东港灌区十一支渠试验段为主来详细介绍。

东港灌区十一支渠为南北走向，不涉及阴阳坡，其边坡衬砌结构为：素土+40cm 砂石垫层+土工格室混凝土板；其底板衬砌结构为：素土+40cm砂石垫层+10cm 厚钢筋混凝土板。对边坡设置 6cm 和 10cm 不同土工格室厚度。断面结构形式图 1。原设计边坡及底板的衬砌结构（对比结构）为：素土+40cm 砂石垫层+10cm 厚钢筋混凝土板。

图1 东港十一支渠土工格室护坡结构图

2 地温观测

地温观测采用埋设直读式地温表，分别观测40cm 及 80cm 深处的地温值，观测结果见图 2。

图2 地温变化过程线

不同厚度的土工格室混凝土地温相差不大。观测段分层地温略高于对比结构。其中 40cm 深地温从 1 月 1 日至 2 月 24 日持续负温，东坡最低值-2.8 ℃，西坡最低值-1.3 ℃，观测日期分别为 2 月 2日和 2 月 13 日。80cm 深地温仅 2 月 13 日观测值为负温，该日东西坡地温分别为-0.1 ℃和-0.2 ℃。

对比结构 40cm 深地温出现负温时间为 12月 20 日至 2 月 24 日，东西坡地温最低值分别为-6.8 ℃和-2.9 ℃，观测日期 2 月 2 日。80cm深地温同为 2月2日观测值最低，该日东西坡地温分别为-0.9 ℃和-0.2 ℃，其它观测日地温基本保持在0℃以上。

3 冻胀观测

在每种渠道衬砌结构上选取一个观测断面，根据渠道断面大小埋设不同数量的观测点，对观测点的高程进行定期观测，从而反应出每个观测点的冻胀量。观测结果见图3。

图3 土工格室结构边坡冻胀量变化曲线

图3 为十一支渠各结构边坡上某点随时间的观测结果。由冻胀观测结果可以看出，10cm 土工格室结构边坡冻胀量小于对比结构，但 6cm 土工格室结构冻胀量较大，说明在东港地区采用厚度为6cm 的土工格室抗冻胀效果不佳。具体各结构最大冻胀量见表1。

表 1 东港试验段土工格室结构最大冻胀量 cm

辽阳、沈阳试验段冻胀量见表 2。

表 2 辽阳 沈阳试验段土工格室结构最大冻胀量 cm

4 观测结果分析

从冻胀量的观测数据分析，东港试验段 10cm厚土工格室护坡较比对比结构冻胀量削减了17.7%，辽阳试验段 8cm 厚土工格室护坡较比对比结构冻胀量削减了 9.3%，沈阳试验段 8cm 厚土工格室护坡较比对比结构冻胀量削减了 17.2%。试验结果土工格室结构的抗冻胀能力在东港试验段体现的更加明显。

东港试验点渠道属半挖半填结构，辽阳、沈阳试验点渠道均为填方结构，且渠基土均为强冻胀性土，土壤含水率较高。通过观测，各试验点的土工格室护坡结构中厚度较大的比普通混凝土衬砌结构抗冻胀能力强，而地温、冻深值基本相同。由于辽阳、沈阳试验点渠基土冻胀量普遍较大，采用土工格室结构冻胀量虽有所减少，但抗冻胀效果不如在东港试验点的明显。应用在东港渠道衬砌的土工格室结构格室数量多、面积大，更能体现土工格室材料的整体性，抗冻胀能力较比应用在断面尺寸小的斗渠上要好，说明该结构应更适用于断面尺寸大的支渠和干渠上。

［1］张忠平. 土工格室在 北引渠道护坡工程中的应用［J］.黑龙江水专学报，2004（02）.

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1002－0624（ 2014）06－0038－03

2013-12-23