北屯灌区混凝土板衬砌渠道抗冻技术措施.pdf

低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 I 期( 总第 1 4 9期) 北 屯灌 区混凝土板衬砌 渠道抗冻技术措施 郭永昌， 梁菊蓉 ( 新疆生产 建设兵 团农十师勘测设计院 。 新疆北屯8 3 6 0 0 0) 【 摘要】 通过对北屯灌区多种型式的混凝t板衬砌渠道工程冻胀破坏的观测与总结， 总结了 目 前常用的 衬砌渠道抗冻技术措施 ； 提出了在北 电灌 区可采用弧底梯形渠衬砌 、 弧形坡脚梯 形渠衬砌 和混 凝土 U型槽 衬砌等 结构形式； 通过对改造后的渠道运行情况的观测， 发现改造渠段的冻胀现象明显下降， 冬季没有明显的冻胀破坏， 防渗抗 冻效果更加 明显 。 【 关键词】 混凝土板； 防渗工程； 渠道冻胀机理； 防冻胀 【 中图分类号】 T U 5 2 8 7 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 一 O O 6 O 一 0 3 O 引言 在我 国北方寒冷地区 ， 由于渠 基土体发生冻胀 ， 致 使混凝 土板衬砌渠道冻胀 破坏严重 ， 主要 表现 为混凝 土板的裂缝 、 翘起 、 甚至滑塌等现象， 大大降低了防渗 防冻性能 。这样 不仅影响 了渠道 的正常使用 ， 浪 费 了 水资源 ， 而 且 增 加 了运 行 管 理 难 度 和 ： 程 修 复 费 用。因此， 要使衬砌渠道长期发挥防渗效益和使灌 区水 工建 筑物 正常运 转 ， 首先 要解决 冻胀 破甥= 问题。 各灌区应结合本灌区中不同渠道、 渠段的具体冻胀情 况， 冻胀破坏的主要因素以及灌区的经济条件， 选择合 适的防冻胀措施 。通过对北 E 灌区已建的渠道 防渗工 程进行现场勘查 ， 发现 部分渠段 的混凝 土板 出现不 同 程度 的裂缝 、 鼓胀 、 坍塌 等破坏 ； 文中通过 对混凝 土板 衬砌渠道冻胀机理进 行分析研究 ， 并结合北 屯灌 区的 工程经验和部分试 验研究成果 ， 提出 了相应 的混 凝土 板衬砌渠道防冻胀 的一些技术措施 。 1 北 屯灌 区概况 北屯灌区位 于新疆 阿勒泰地 区福海县境 内， 地处 额尔齐斯 河与乌伦古河之问的戈壁平 原上 。地理坐标 北纬 4 7 。 O 5 4 7 。 2 7 ， 东经 8 7 。 3 1 8 8 。 0 3 。灌 区东西 长 4 2 k in， 南北 最大 宽度 3 0 k m， 土地 总面积 l 】 5 ， 6 5万 亩 ， 其 中可垦宜农 林地 8 0 6 ( j 万 亩 ， 灌 区总人 口 3 。 6 7 万人。】 9 9 9年被水利部列 为大型灌 区， 是 中国最西北 的大型灌 区。灌 区地处 欧亚 大陆腹地 ， 属于典 型大陆 性 气 候 ， 光 照 充 足 ； 无 霜 期 短 ， 多 年 平 均 降 水 量 为 9 8 5 m m， 多年平 均 蒸发 量 2 0 1 8 6 m m； 最 大 冻 土深 度 2 m， 自然条件恶劣 ， 灾害天气 多 ， 主要有大 风 、 干热风 、 低 温 、 冻害 、 冰雹等。 灌 区内的水 利工 程大 多足 上世 纪六七 十 年代 建 成投人运行的 ， 工程老化严重 、 冻胀 、 年久失修 等， ： 【 程 引输水能力明显 下降 ， 工程效益严重衰减 ， 灌 区内相 当 多的灌溉面积因引水 无保 障得 不到灌溉 ， 已严重 制药 了经济的发展。近年来灌区续建配套与节水改造工程 项 目陆续开 工建没。目前 ， 灌区拥有引水渠首 3座 ， 其 合计 引 水 能 力 可 达 9 7 m s 。 灌 区 内 现 有 支 渠 2 3 5 2 k m， 已 衬 砌 8 6 6 k m； 斗 渠 7 0 7 4 k in，已 衬 砌 7 2 8 k mf 引 。 2 混凝土板衬砌渠道抗冻技术措施 在防渗 渠道设计过程 中， 应进 行防冻 设计 。通过 计算或必要 的试验 确定 渠道 各部 位设 计 冻深 和冻胀 量， 合理选择满足冻胀要求的渠道断面形式、 衬砌结 构 、 材料和技术措施。 根据渠道冻胀的机理分析可知， 低温、 地下水位和 渠基 土质是影响渠道冻胀 的三要 素。因此 ， 可以从这 三个 主要 因素着手 ， 寻求 减少冻胀的途径 ， 来减少混凝 衬砌板 冻害 问题 。 目前实 际工 程 中常用 的措施 包 括 ： 回避冻胀法； 削减冻胀法； 优化结构法等等。 2 。 1 回避冻胀 防止衬砌渠道出现冻胀的理想条件是 】 ： Z Z 0 +H d ( 1 ) +2 ( 2 ) 式 中， z为地下水位 至渠底 的埋深 ， m； z 为土壤 毛管水上升的高度 ， m； H d 为设计冻深 ， m； 1 V为冻结初 期土的含水 量 ， ； 为土的塑限含水量 ， 。 为满足上述条件 ， 在灌区规划中， 衬砌渠系布置应 尽可能避开高地下水位地段， 选择有利地段 ， 即透水性 较强的不易 产生 冻胀 的地 段或 地下水 位 埋藏 较深 的 地段 ， 将渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上； 尽量使渠线走在地形较 高的脊梁地 带 ， 避 免渠道两侧 有地 面水人 渠。 2 2削减冻胀 削减冻胀量的办法在工程较多 ， 具体措施有： 压实渠基土； 防止渠道水渗漏 ； 防止渠堤上的地 面径流入渗； 设置深浅两层封闭层， 切断冻结层的补 水源 ； 沿渠道外侧布置林带或植树； 控制渠基土含 郭永 昌等 ： 北屯灌区混凝 土板衬砌渠道抗冻技术措施 水率。 2 3 优化结构形式 采取措施减小地基 土冻 胀性 的 同时 ， 根据渠 道冻 胀和变形特点 ， 以及衬 砌材料 的性能采 用合理 的渠道 断面和衬砌形式 ， 以适应 或抵抗 一定的允许 冻胀 和冻 融变形 。冻 胀类 别 的 中 小 型 渠 道 所 采 取 的 结 构 措 施 为 ： ( 1 ) 对梯形混凝 土衬 砌渠道 ， 可采用楔形板 、 中 部加厚板结构 。 ( 2 ) 采用 混凝土 U型 槽衬砌 ， 但 圆弧直 径应小 于2 O m， 圆弧上部直线段采用小于 I ： 0 2的斜坡。 ( 3 ) 采用弧形断面或弧形渠底、 梯形边坡断面。 相应要求沿渠轴线方向和沿渠坡方向每隔 3 4 m必 须设冻胀变形缝， 缝内填充在当地最低气温下仍具柔 性的止水材料 。 3 北屯灌区抗冻技术措施 综上所述， 在设 汁渠道时采用合理的村砌形式， 可 有效地削减 、 适应 或 回避冻 胀。根据 冻土工 程 国家重 点实验室的研究结果 ， 弧底梯形渠衬砌 、 弧形坡脚梯形 渠衬砌和小型 U形 渠衬 砌是 比较 好的抗 冻胀 衬砌形 式。因此， 在北屯灌区续建配套与节水改造工程中， 可 采用弧底梯形 渠衬 砌 、 弧形坡脚 梯形渠衬砌 和混 凝土 u型槽衬砌形式。 3 1 干渠 、 支渠弧底梯形渠衬砌 形式设计 结合北屯灌区渠道现状、 当地建筑材料 以及经济 状况 ， 优先选择渠道断面为弧底 梯形 断面 ， 衬砌材料用 混凝 土板加铺塑料薄膜 的方法 进行 防渗改造 。另外 ， 我们在设计时为了考虑衬砌混凝土板的整体性， 改变 混混凝土板的形状 ， 把原来的四边形预制混凝土板改 变为六边形预制混凝土板； 同时， 把原来的梯形断面为 弧底 梯形断 面。这样就使 得渠道 断 面、 预 制混凝 土板 错缝 更加利学合理 ， 避免 四边形混 凝土板 衬砌 中的水 平通缝形成的薄弱环节， 提高混凝土板衬砌的整体性。 弧底梯形渠衬砌形式设 计如图 l 所示 。 图1 弧底梯形渠衬砌形式设计图 弧底梯形混凝土衬砌渠道是将渠道底板做成弧 形， 与梯形渠道相比， 它的结构计算简图是一个两端弹 性支座的无铰( 反) 拱。没有坡脚处突变的影响， 衬砌 板对基土冻胀的约束有所改善， 冻胀变形大小和方向 是连续变化的， 冻胀量分布较均匀 渠底 中部的冻胀 6l 力和 冻胀不均匀系数较l火 ， 但由于渠底呈反拱 ， 当衬砌 受到渠底基： L 法向冻胀力 的作用 时 ， 在弧形 渠底段 的 刚性防渗层内部受的足轴向压应力 ， 承载能力较强， 因 而冻胀消融后复位能力比较强， 一般无残余冻胀量， 衬 砌板不易产生冻胀破坏。与梯形渠道混凝土衬砌体破 坏特征相似之处主要是 ： 冻胀方 向沿法线 ， 渠顶冻胀 力 及 冻结 力在 渠顶 小 ， 而 在渠底 大 ； 坡脚 处 冻胀 变形较 小 ， 渠底 中线 附近也 往往发生裂缝。 3 。 2 斗渠 、 农渠混凝土 u型槽衬砌形式 没计 混凝土 u型槽衬砌使我们针对北 屯灌区的部分 渠道地质条件差， 过水流量大， 渠道断面大， 容易发生 塌陷的地段所采用的一种防渗抗冻技术措施 。混凝土 U型槽是反拱结构 ， 抗 冻能力 强 ， 不 易破坏。u形渠道 渠底圆弧夹角 1 5 2 。 为宜 ， 两侧外倾 l 4 。 ， 渠深与圆弧直 径 1 ： 1 ， 混凝 土厚度 4l O c r a 。 根据工程 区的水文 、 气象 、 地 质条件 等 ， 结合 工程 冲刷、 冻胀等具体问题， 参考北屯灌区的改造经验 ， 灌 区的部分斗渠 、 农渠采用混凝土 u型槽衬砌形式。混 凝土 u型槽 衬砌形式设计如 图 2 所示 。 5 o 0 4l 3 # # # 莩 * M # s 。 嚣 圭 垂 一 嘞 一 图2 混凝土u 型槽衬砌形式设 计图 混凝土 u型槽具 有 刚度 大 ， 整 体性 好 ， 承 载能力 较强， 冻胀量分布均匀， 冻土消融后较易恢复原位， 不 易产生冻胀破坏等优点。近年来混凝土 u型渠道发 展很快 ， 它具有输水 条件好 ， 占地少 ， 挟 沙能力 强等优 点 ， 而且在 冻胀 变形 中为整 体变位 ， 变形 均匀 ， 产 生裂 缝较少 ， 适应 于巾小 型的渠道 。 根据北 屯灌 区实际情 况 ， 对灌 区部分渠 道采用 弧 底梯形混凝 土衬砌 形式 和混凝 土 u型槽形 式进行 了 改造 ， 从近年来 的运行情况看 ， 效果十分 明显 。主要表 现在 ： 一些渠段在改造之前一 直有渗水现象 ， 改造后渗 水现象明显好转、 大部分都不再渗水 ； 改造渠段的冻胀 现象明显下降 ， 特别是采用六边形混凝士板衬砌段 ， 至 今没有发现冻胀空鼓现象 ； 断面形式的改变使渠道的 受力更加趋于合理 ， 稳定性、 抗冻能力相应增强， 冬季 没有明显的冻胀破坏现象， 防渗抗冻效果更加明显。 4结语 ( 1 ) 混凝土板衬砌渠道冻胀破坏是由于基土在 负气温的作用下产生冻结和不均匀冻胀、 而混凝土衬 砌体本身自重较轻， 不足以抵抗冻胀力的结果。 6 2 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 1 1 期( 总第 1 4 9期) 翻模 施工在 肇兴大桥高墩施工 中的应 用 李旺兴 ， 胡晓晖 ， 张青 ， 贺拿 ( 1 贵 州三维工程建设 咨询监理有限公司 。 贵 阳5 5 0 0 0 3 ； 2 桂林理工大学 广西桂林5 4 1 0 0 0； 3 贵 州高速公路开发 总公司 ， 贵阳5 5 0 0 0 3； 4 河南理工大学。 河南焦作4 5 4 0 0 0) 【 摘要】 通过翻模施工在肇兴大桥主墩中的应用， 揭示了翻模施工在薄壁空心高墩中的优点： 有利于确保 施工质量和高空作业安全， 有效的缩短了施工工期和降低成本， 可作为类似施工的借鉴； 对高墩柱施工采用新技 术 、 新工艺方面具有一定的推广 意义 。 【 关键词l 桥梁工程； 翻模施工； 薄壁空心高墩 【 中图分类号】 T U 7 5 5 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 0 0 6 2 0 3 随着我国西部大开发战略的实施 ， 高速公路建设 在大力向山区推进 ， 而 山区地势 陡峭 ， 地势 高差很 大 ， 场地狭窄 ， 从而使高桥 墩在山 区桥梁建 设 中得 到广泛 应用 “； 随着中、 大桥 的设计 的增 多 ， 墩 柱也 由几 十米 增高到上百米 ， 结构受 力复杂 ， 为节 约工程造 价 ， 墩拄 多采用薄壁空心墩 ， 施 工难度增 大。采 用 翻模 施工可 以解决此项难题 。翻模施工对 于薄壁空心墩是极为理 想的施工工艺方法 ， 可 节省模板 ， 便 于人工操 作 ， 确保 施工质量 。现 以厦蓉高速公 路贵州境水格段的肇 兴大 桥为例介绍 翻模施工。 1 工程实例 肇兴 大桥 是厦 蓉高速 公 路贵州 境水 格段 的一项 控制性工程 ， 跨越肇兴河及 X 8 6 8县道而设 ， 桥位区位 于 V形沟谷处 ， 地 形起伏 较 大 ， 桥面 与地 面最大 高差 约为 1 2 5 m， 桥 中心桩 号 Z K 2 3+5 4 5 ， 起 点桩号 K 2 3+ 0 6 3 2 9 4 ， 终点桩号 K 2 3 + 9 0 8 3 7 ， 桥梁全长 8 4 5 1 9 3 m。 上部结构采用 6 4 0 ro T梁 + 8 3 m+ 1 5 0 m+1 5 0 m+ 8 3 m + 3 4 0 m T梁 ， 主桥上 部为 T型刚构挂 篮对称 悬臂浇 ( 2 ) 在北 屯灌 区续建 配套 与节水 改造工 程 中， 可采用弧底梯形渠衬砌 、 弧形 坡脚梯形 渠衬砌 和混凝 土 U型槽衬砌形 式 ， 这样 能有 效地 削减 、 适应 或 回避 冻胀。通过对改造后的渠道运行情况的观测， 发现改 造渠段的冻胀现象明显下降， 冬季没有明显的冻胀破 坏， 防渗抗冻效果更加明显。 参考文献 1 张茹 ， 王正 中 季节性 冻土地区衬砌渠道 冻胀 防治技术研究 进展 J 干旱地区农 业研究 ， 2 0 0 7 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 3 6 2 4 0 2 程地琴 加强北屯灌区农田水利基本建没的途径与重点 J 新疆水利 ， 2 0 0 9， ( 2 ) ： 4 5-4 8 3 徐学祖， 何平， 张继明土体冻结 与冻胀研究的新进展 J 筑施工， 下部结构为嵌岩群桩基础 ， 主墩 7 # 、 8 # 、 9 静 采 用双薄壁空心墩， 最高墩为 8 ， 墩高 1 1 3 m， 中间设两 道系梁 ； 薄壁空心墩均采用翻模施 工 ； 过 渡墩 为矩形空 心墩 ， 桩基础 ； 引桥桥墩 单幅为双 柱式 圆形实心墩 ， 桩 基础 。 2 翻模施工在大桥高墩 施工 中的重要性 目前高墩施工的模板结构形式有爬模、 滑模和翻 模等形式 ； 从高速公路的质量要求和施工速度要求看， 应提倡操作 简单 、 快捷的翻模 施工形式 ； 翻模施工有利 于施工质量的控制及高空作业安全， 翻模施工更有利 于高墩身垂直度的控制。施工质量的好坏与施工方法 的选择息息相关， 合理的施工方法是保证施工质量的 前提。如果高墩施工一旦出现施工质量问题， 将会产 生不可估 量的损失 ， 因此 ， 从 进度、 安全 、 效益等多方面 考虑 ， 翻模施工应是高墩施工的首选施 工方法 。 3翻模施工原理 及施工方法 3 1 工作原理 翻模施工是以凝固的混凝土墩体为支承主体 ， 通 冰川冻土 ， 1 9 9 7 ， ( 3 )： 2 8 0 2 8 3 4 潘起来 季节性冻土地区衬砌渠道的防冻措施 J 青海大 学学报 ， 2 0 0 4 ， ( 5 ) ： 3 63 8 5 崔延军 ， 李荣峰 ， 冯民权 北方地 区渠道冻胀防治技术研究 与 应用综述 J 防渗技术， 1 9 9 7 ， ( 1 ) ： l 一 6 6 】 张伯平， 牟过斌， 刘海军渠道衬砌抗冻胀问题研究 J 岩 石力学与工程学报 ， 2 0 0 5， 2 4 ( 1 )： 5 1 3 0 5 1 3 5 7 郭利霞， 王正中， 李甲林， 张茹， 钟凌 梯形 与准梯形渠道冻胀 有限元分析 J 】 节水灌溉， 2 0 0 7 ， ( 4 ) ： 1 6 1 8 收稿日期 2 0 1 0 0 7 一 l 5 作者简介 郭永昌( 1 9 7 7一) ， 男 ， 山西人 ， 工程 师 ， 主要从 事 节水灌溉及水利工程设计研究。