梯形渠道弧形底混凝土防滲結構抗凍性能的試驗研究.pdf

1、我國北方地區(qū)冬季，地表土壤凍結，春季融化，經歷周期性的凍融。這種周期性的凍融使許多坐落在土基上的輸水渠道防滲體產生不同部位、不同形式和不同程度的凍融破壞。山西省地處這種季節(jié)性凍土區(qū)，渠道襯砌凍融破壞嚴重，現(xiàn)有的骨干建筑的50[％]、渠系建筑物的40[％]的和渠道襯砌體的32[％]受凍融而破壞。
　　 本文以水利部大中型灌區(qū)續(xù)建配套項目設立的“大型梯形渠道弧形底混凝土防滲結構抗凍性能研究(編號20081015)”項目為依托，基于歷

2、時兩個凍融期，原型原位對梯形渠道弧形底十四種不同混凝土襯砌體的觀測，較系統(tǒng)地研究了梯形渠道弧形底混凝土襯砌凍脹特性，揭示了梯形渠道弧形底混凝土襯砌體的凍脹規(guī)律；分析了凍脹機理、影響襯砌體凍脹的主要因素的變化規(guī)律以及它們之間相互關系；比較了不同渠道襯砌形式的抗凍脹效果和優(yōu)缺點；提出了試驗區(qū)氣候條件下的渠道襯砌優(yōu)化方案；建立了以凍結溫度、渠道斷面和襯砌體尺寸等為參數(shù)的梯形渠道弧形底混凝土襯砌抗凍力學模型，并以模型為基礎，編寫了渠道襯砌體應力

3、計算和配筋程序。
　　 研究結果表明：
　　 ⑴整個越冬期，渠基表土含水量隨時間變化幅度較大，而深層土壤含水量變化相對穩(wěn)定。地溫隨土壤深度增加而升高，同一時間，同一深度處地溫值由渠道底部至頂部逐漸升高。土壤含水量與凍結指數(shù)和地溫、地溫與凍結指數(shù)間均存在二次多項式相關關系。
　　 ⑵沿渠道坡面襯砌板凍脹位移量大小不等，渠頂處位移最小，而靠近渠底位移量最大，渠底有較明顯的垂直位移。陽坡凍脹破壞產生的裂縫較少，陰坡襯砌

4、產生裂縫較為普遍，開裂部位集中在底板弧形角與坡板連接處。凍脹位移量和凍結指數(shù)和板下土壤溫度存在三次多項式相關關系。裂縫寬度與凍結指數(shù)存在二次多項式關系，與板下土壤溫度存在指數(shù)函數(shù)關系。
　　 ⑶渠道混凝土襯砌是否配置鉛絲網對于凍脹位移量和裂縫寬度有較大影響。不同襯砌處理的板下土壤溫度、含水量和凍脹位移量存在差異。比較分析后認為設置縱向縫并鋪設土工膜的20cm厚混凝土現(xiàn)澆板和鋪設置土工膜并配置鉛絲網的8cm厚混凝土現(xiàn)澆板是該地區(qū)最

5、優(yōu)的兩種襯砌方案。
　　 ⑷采用凍脹力學模型程序對梯形渠道弧形底的設計進行輔助計算是可行的。以土壤溫度、渠道坡角、渠道尺寸及其他參數(shù)作為模型計算的變量可獲得與工程實際相符的結果。
　　 本課題以汾河一壩灌區(qū)西干渠野莊段渠道防滲體抗凍脹為研究對象，主要針對梯形渠道弧形底混凝土襯砌板結構類型與抗凍脹措施進行了研究。研究結果對汾河灌區(qū)進行的大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程急需解決的關鍵技術和難題具有實際意義，對于水工建筑物抗凍脹