汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究

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发布时间：2021-09-11

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汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究
王婧
(山西省汾河灌溉管理局，山西祁县030900)
[摘要]冻胀破坏是渠道工程建设和管理的重要制约因素，对弧形坡角梯形现浇混凝土渠道冻胀过程进行
原型观测试验，通过统计试验场气温、渠基土含水率和渠道观测点位移量，分析渠床冻深、刚性衬砌层变
形及受力变化原因，初步探究了渠道衬砌层冻胀破坏变形的产生机理并提出了相应的建议。
[关键词]现浇混凝土渠道；弧形坡脚梯形断面；冻胀破坏试验
[中图分类号]TV698．2*6 [文献标识码]B [文章编号]1004—7042(2010)01—0053—02
1 基本情况
汾河灌区渠道防渗冻胀试验段位于太原市晋源
区野庄村东，桩号为汾河一坝西干渠42+958．9 43+
008．9，渠道为东西走向，断面型式为弧形坡角梯形断
面，设计流量4．75 m3／s，坡角弧度半径3．0 m，渠深
2．2 m，渠底宽2．0 m，边坡1：1．25，渠道纵比降
1／3 039，属半挖半填渠道。试验区地处大陆性季风带，
年平均气温10℃，最高气温39．4℃，最低气温一25℃。
多年来，汾河灌区实施错峰供水机制，下游局部地区
采取冬季蓄水灌溉模式，此次试验渠段属上游主要输
水渠道，冬季承担渠道过水任务。
2 方案设计
2．1 结构型式
通过普查渠道防渗冻胀破坏现状，结合当前灌区
水利工程施工技术水平，渠道衬砌结构贯彻“轻、薄、
巧”的原则，避免“重墩、厚墙、深基础”和大方量非冻
性材料置换等工程措施。试验段防渗为现浇混凝土板
加土工膜的弧形坡角梯形断面衬砌结构(如图1)，渠
道横断面冻胀应力分布较为均匀，衬砌层适应较大的
冻胀力和冻融沉降变位，具体型式为：全断面铺设土
工膜作为防渗层，刚性防渗衬砌层采用现浇C20混凝
土，内衬0．2mxO．2m的8号铅丝网，底部坡角弧度半
径3 m，每5 m设伸缩缝填充沥青砂浆。
2．2 观测项目设计
衬砌层渠基产生冻胀主要基于土壤水分、土质、
气温等因素综合作用，观测项目包括气温、地温、土壤
含水率、土壤颗粒组成、衬砌层位移等，试验期间每两
周进行一次原形观测。气温观测包括观测日最高、最
低、平均气温；渠基地温由数字万用表和预埋热敏电
阻观测，埋深分别为0．2 m，0．4 m，0．6 m，0．9 m，1．2 m。
渠道衬砌层位移采用固定标点法，分别在渠底中心、
坡角弧度中心、1／3设计水位点、2／3设计水位点、设计
水位点及渠道超高保护中点埋设6处观测点，其中点
位与地温量测点同位等高，由经纬仪、水准仪分别量
测其垂直和水平位移量经矢量合成表征渠坡径向位
移。土壤含水率测定采用常规取土钻取土，烘干法测
定。渠道断面型式和测点布设情况如图1。
图1 观测断面型式和测点布置图
3 原形观测结果分析
3．1 观测结果
经过历时141 d(2008年11月8日一2009年
3月28日)完整冻融周期的原形观测，期间最低气温
为1月l7日的一12．2cC，最高气温为3月28日的
l7．2℃，观测年份具有代表陛。渠道典型断面渠底I点
地温的最小值一1 1．14℃，渠道衬砌变形最大为V点
l2．7 cm，观测期渠基土重量含水率16．2％ 24．5％，冻
融变形后发现防渗衬砌层出现裂缝。
3．2 试验场气温分析
气温是渠基冻结的重要影响因素，试验区气温受
太阳辐射影响，总体呈波动式变化趋势(见图2)，
l2月19日开始日平均气温稳定在O℃以下，1月中旬
气温在0℃附近波动；之后随着太阳辐射的增强，气温
回升较快，2月3日以后气温稳定在0℃以上。日负积