浅析渠道衬砌混凝土板的冻害及防治__墨水学术,论文发表,发表论文

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摘 要:建设高标准的混凝土衬砌渠道是提高输水利用率的重要手段,而在渠道衬砌工程中，渠道混凝土衬砌的冻害是一个较突出的问题。结合济平干渠工程渠道混凝土衬砌设计及施工的经验教训对渠道混凝土衬砌的冻害机理及防治措施作一初浅探讨。
关键词:渠道衬砌;混凝土；冻害;防治
建设高标准的混凝土衬砌渠道是提高输水利用率的重要手段,而在渠道衬砌工程中，渠道混凝土衬砌的冻害是一个较突出的问题。为了有效防止混凝土衬砌渠道砼板遭受冻胀破坏，我们需要了解砼板冻胀的影响因素，并采取有效的防治措施。
一 渠道土壤冻胀的影响因素
根据大量的室内外观测试验成果，渠道土壤冻胀破坏的主要原因为负气温、冻胀性土壤及高含水量。同时渠道的阴坡与阳坡、渠道的不同边界条件以及采用不同的衬砌结构形式其冻胀性也有很大不同。
1、不同土质的土壤其冻胀性各不相同,一般情况下冻胀性强弱依次为:粉质土>壤土>砂壤土>粘土。当土壤中含水量小于土壤起始冻胀含水量时,土壤就不会发生冻胀,土壤的起始冻胀含水量约与塑限相等。另外土壤中矿物成分决定土壤的离子交换能力,改变土壤中阳离子的组成情况,也可显著减轻冻胀程度。而Na+、K+ 减轻冻胀效果最强,因此在某些基础处理工程中采用NaCl和KCl进行土壤人工盐化处理以消除冻胀现象。
2、在土壤冻胀过程中,水份是十分重要的因素,正是在负温条件下土体内水份向冷锋面迁移,且在冻土中水变为冰晶,体积膨胀,从而造成土体体积膨胀和地表隆起。随着春季气温升高,冻土中冰晶熔化,水份向下部转移,地表随之而下沉,这样季节性冻土层一年年周而复始地处于季节性变化的不稳定状态。
3、根据大量实践,渠道阴坡冻胀远大于渠道阳坡的冻胀,渠底与渠坡中部、下部冻胀力大于渠道上部冻胀力。这是由于渠底、渠坡的边界条件不同,土壤内部的温度场与湿度以及水份蒸发情况不同,冻胀性也不同;另外,由于冻胀力和冰晶体的增长方向与热流方向一致,改变冻结方向就会改变水份转移方向以及冻胀方向。
 4、土壤结冰时水份迁移与冰晶凝析的过程是十分复杂的,而法向冻胀力的大小主要受以下因素的影响:冻土的特性(冻土的粒径、成分、均匀性、密实程度,土粒子对未冻水的吸附力,土粒子表面自由能级);冻土的冻结速率及过程线;外部水源的补给条件及冻前含水量;冻土层底部未冻土层的压缩性;冻土的各种边界条件以及外部荷载等等。
5、在实验室条件下,水变成冰而体积不可膨胀时所产生的冻胀压力很大。根据前苏联的试验资料,在-0.5℃时冻胀压力为62818kpa,在-22℃时冻胀压力为2072700kpa,而一般6～10cm厚的混凝土衬砌压力仅为1.41～2.35kpa,可见以衬砌本身的重量来抵消全部的冻胀力量是不行的,为了防治冻胀,必须因地制宜的采用适应冻胀变形、防水与排水措施、保温隔热的结构形式等综合措施进行防治。
二、南水北调东线济平干渠渠道衬砌工程设计施工中采用的防冻胀措施及经验
南水北调东线一期工程山东段济平干渠工程输水渠所在地区，冬季气温较低，负温持续时间较长。土壤组成多为粉粘粒含量高的冻涨性土壤，地下水位高，毛管作用强烈，因此输水渠在运行过程中极易出现冻涨现象。
1、南水北调东线济平干渠渠道衬砌工程设计中采用的防冻胀措施：
济平干渠工程衬砌设计共有七种方案，七种方案均采用了暗灌井排方案或暗灌自留内排放案以降低地下水扬压力和冻胀对衬砌砼板的破坏。
（1）换砂法
方案一采用了暗管井排方案，通过此项排水措施，阳坡、阴坡冻涨量均已小于允许法向位移植，排水措施已能防止冻胀破坏；而对于渠底部的冻胀问题，结合衬砌面板垫层的需要，对类黄土渠基，则同时结合对湿陷性黄土渠底的处理，采用换砂法。换填20cm厚砂砾石垫层。
方案七为衬砌高度内下部为岩石、上部为土层或释放段较短的

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