北疆某干渠渠道抗冻胀处理方案研究

2016-09-02李超

水利水电工程设计 2016年2期

关键词：渠段渠底干渠

李超

北疆某干渠渠道抗冻胀处理方案研究

李超

在我国寒冷地区渠道破坏主要表现为冻胀破坏，如何防治渠道冻胀破坏成为一个非常现实的工程问题。叙述了北疆某干渠渠道抗冻胀处理实践，供其它工程借鉴。

混凝土渠道冻胀破坏抗冻措施

1 工程概述

某干渠地处新疆北部地区，总长63.53 km。其沿线渠道基础为低液限粉质黏土，其平均干容重表层1~3 m为14.5~16.0 kN/m3、3~6 m为16.0~17.0 kN/m3，空隙比平均为0.8~0.6，地基土粒小于0.05 mm的含量在65%~72%，属于冻胀性土质。渠道施工考虑抗冻胀措施。目前，解决这一问题的处理方法常使用换填、抗冻胀结构、保温、排水、压实等综合措施。

2 冻胀计算及抗冻胀措施

2.1 冻胀计算

引起冻胀的原因主要有三点，冻胀性土、含水量、负温。依据SL 23—1991《渠系工程抗冻胀设计规范》进行冻胀深度和冻胀量的计算，为渠床结构的处理提供定量依据。设计冻深及冻胀量的计算见表1、2。

表1 工程设计冻深计算表

表2 渠道冻胀量计算表

按SL 23—1991《渠系工程抗冻胀设计规范》规定，允许的冻胀量为0~2 cm。根据干渠抗冻胀计算成果，地下水位埋深在3.15 m时才满足规范要求，但许多渠段不满足这一计算成果，因此需要采取相应的抗冻胀措施。

2.2 抗冻胀设计

据 “土在负温下冻胀原理”，只有含有水分，并且属于冻胀性的土才会在负温下冻胀，因此，切断冻土地基在冻结前、后的补给水源和改变渠基土的结构，是最常用抗冻措施。目前常用的抗冻措施有：

（1）换填措施：渠底用非冻胀性土换填冻胀性土。

（2）抗冻胀结构（刚性结构、柔性结构）：采用梯形弧脚断面，渠底及弧脚用现浇结构。

（3）保温措施：地下水位较浅的渠段用苯板保温。

（4）排水措施：地下水位较浅的渠段加渠底排水沟。

抗冻胀计算结果表明，渠道全线因地下水位较高而不能满足抗冻胀要求，必须采取相应的综合工程措施，其设计指导思想是限制冻胀量在规范允许的范围内。本工程渠道全线采用梯形弧脚断面型式，渠基采用换填砂砾石、保温及排水等多项措施。经过调查研究北疆农六师、农七师、农八师等工程地质条件、水文地质条件相似渠道的防冻措施，结合尾部平原渠道的设计经验，按上面所列抗冻胀的4种措施进行综合设计。根据GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》计算砂砾石换填厚度，结果见表3。

表3 干渠渠床砂砾石置换厚度计算表

考虑到施工工期和经济效益，从表3实际采用换填厚度看出，渠道全线的换填砂砾石厚度是偏小的，因此，要求渠道在入冬前必须早停水，并防止冬天渠道左侧上游的自流井水淹没渠基。

渠底距地下水位高度大于3.0 m者，渠道的底部及坡面均采用换填40 cm厚砂砾石措施；渠底距地下水位高度小于3 m（不能满足3 m的按2.5 m控制）者，渠底及坡面除换填厚40 cm砂砾石外，再将苯板置于土工膜和砂浆找平层之间进行保温（苯板的厚度为60 mm，相当于折减90 cm的冻深）。渠道保温段渠床结构划分见表4，全线保温段长度15.21 km；对于地下水位距渠底较近或高出渠底的渠段，渠道底部采取设纵、横向排水沟的措施降低地下水位。

在吉三泉水库前后21+777—23+077、23+277—24+375段为加宽梯形渠道段，合计渠段长2.398 km，渠底宽13 m。该段采用土工膜防渗，土体护坡，土工膜的下面仍设40 cm厚砂砾石层，土工膜的上面回填60 cm厚压实土。库区全部采用土工膜水平防渗。

本工程根据渠段地下水埋深，地下水位较浅渠段在置换冻胀土措施后仍然需要设置纵横向排水系统，将渠道渗水或外水排出，以降低地下水和土中含水量。

其它具有冻胀性土的渠段，由于地下水位较深，没有毛细管水上升达到冻胀含水量的问题，但渠道本身的渗漏会产生冻胀问题，本工程在此类渠段也采用换填砂砾料的方式进行解决，通过夯实砂砾料垫层而加固渠床，并兼有排水作用。