季节性冻土区水工建筑物抗冻技术

《季节性冻土区水工建筑物抗冻技术》结课论文学院：水利建筑工程学院专业：水利水电工程班级：2班姓名：杨佳奇学好：20125102002015.6.2新疆地区衬砌渠道的冻害防治技术摘要新疆寒冷地区的衬砌渠道破坏主要为冻胀破坏，衬砌渠道的抗冻性能是渠道工程设计所要考虑的重点问题。文中阐述了衬砌渠道的冻胀机理，其主要破坏形式包括冻胀剥蚀、冻胀裂缝、冻融坍塌和冰冻破坏，并为衬砌渠道冻害防治设计对策。正文1冻胀破坏的主要形式和机理1．1冻胀剥蚀实际工程中，混凝土衬砌渠道的冻胀破坏十分常见。由于混凝土衬砌渠道本身含有一定水分，这些水分在负温下冻结成冰，体积发生膨胀，当这种膨胀作用引起的应力超过混凝土自身强度时，就会产生裂缝并增大吸水性。在第二个负温周期中，结冰膨胀破坏作用更为加剧，经过多个冻结一融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土衬砌渠道的冻融破坏。轻微的冻胀破坏发生混凝土表面砂浆层剥蚀，并伴有裂缝，由于从裂缝处逐年贯入泥水，缝口处出现局部冻胀，缝宽逐年扩大，在渠道基土冻胀力作用下，将发展成冻胀裂缝。1．2冻胀裂缝土中的水在负温下结成冰，体积膨胀，并产生冻结力。由于渠道走向、断面上的高差以及渠道土质的不均匀，造成渠坡、渠底承受阳光的时间及辐射热不同，加上风速及散热条件、地下水补给条件不同，致使渠道基槽各部位的含水量也不同，在负温作用下，渠道基槽上各部位的冻深程度和冻胀量也就不同，使混凝土防渗层受到不均匀的冻胀力和不均匀的变位。当局部地段混凝土衬砌的抗拉强度不足以克服不均匀的冻胀力和不均匀的变位时，将产生冻胀裂缝。当局部地段混凝土衬砌的自重和外加的锚固力不足以克服冻胀力时，将产生混凝土防渗层的鼓起。1．3冻融坍塌当渠道边坡基槽冰冻的土层进入融化期，表层融土中的水分可很快排出，但较深层的融土含水量很大，上有覆盖层，下仍有冰冻层。这个夹层融土往往会沿冻融土的交界面顺坡下滑。这个过程往往是在几个冻融周期内完成。这样，使坡面上的混凝土防渗层在冻胀裂缝的基础上，进一步架空、错位．有的鼓起成台阶型破坏，有的鼓起滑坡、坍塌。1．4冰冻破坏当混凝土衬砌渠道在负温下有积水，水体将发生冻结。起初在边坡形成岸冰，逐渐向渠中扩散，连成一体，表面封冻，冰层逐渐加厚，对渠坡的混凝土衬砌产生冰压力，使渠道受到破坏性变形。上述混凝土衬砌遭受到的冻害形式以及发生冻害的机理是相互影响、相互交错发展的，并随冻融周期的增加而逐渐发展的。新疆渠道采用的主要形式为混凝土衬砌渠道，也有部分渠道采用干砌卵石、于砌卵石灌浆和灌细粒混凝土等防渗形式，它们亦属刚性衬砌，其冻害的破坏形式以及发生冻害的机理与混凝土衬砌相似。2冻害防治措施2.1合理规划和选线负温、地下水位和渠基土是渠道冻胀的主要因素。新疆的冬季气温较低，且持续时间较长，所以在进行渠道的规划和选线设计时，要尽量的避开具有粘质土壤、松软的土层、淤泥沼泽或者地下水位较高的地段。而要选择具有较强透水性、地下水们较低，且地形较高的地段。如果必须选择地下水们较高的地段，可采用填方渠道的方法，尽量使混凝土渠道底的冻结层控制在地下水位高度以上。可采用管理、桩基、架宅、渡槽等结构体系，从而避免与冻胀土接触。在渗水和地面回归水入渠的渠段。要设置排水系统，尽量减少渠基上的水含量。2.2渠道断面形式的选择当渠道基土的冻胀系数较大，而计算冻胀位移量与衬砌结构的允许位移量差距不大时，可以采用适应冻胀位移的结构法。在千渠或者支渠流量较大的渠道上，其横断面可采用弧底梯形的断面形式。这样就能够发挥混凝土抗压的特点，使断面向上的冻胀力具有较强的抵抗能力，可有效的避免平底板的中间断裂现象。对于小型的农渠或者斗渠混凝土渠道，可采用u型和梯形的断面形式，u型的断面形式占地面积较少，且有着较好的抗冻胀性能，非常适合在新疆的灌区节水工程中应用。渠道的边坡不要过陡，要考虑到渠基的稳定性和施工的要求，如果边坡过陡，在春季渠基土融化期，容易发生渠坡滑坡现象，另外施工的质量也很难得到保证。同时，为了预防冻胀变形。也可以对混凝土衬砌断面的纵横缝间距和充填材料进行调整。2.3消减冻胀的方法消减冻胀的方法是将渠基土的最大冻胀量进行消减，以达到混凝土结构所允许的变形范围。通常使用的消减方法有置换法、隔热保湿法和压实干密度法。由于压实干密度法的施工难度较大，且质量不容易控制，所以在新疆的渠道工程中很少应用。换置法就是将冻胀的渠基土替换成非冻胀的渠基土。渠道基土换填的厚度可根据冻深、衬砌厚度等系数来计算确定。换填的材料可根据实际情况选择砂卵石、中粗砂和风积砂等。隔热保温法是采用保湿材料在混凝土板衬砌体后进行布设，以降低冻胀的破坏性。目前应用较为普遍的保湿材料有炉渣、珍珠岩、聚苯乙烯泡沫板等。聚苯乙烯泡沫板由于具有较好的吸水性和隔热性能，运输和使用方便等特点，在新疆的渠道工程中应用较为广泛。2.4材料的选择设计时还要考虑到混凝土的强度、抗渗性和抗冻性，混凝土材料在提高混凝土的抗冻性能上也有一定的作用。在冻融循环较为频繁的新疆．混凝上板在受到的多次冻融作用条件下，如果混凝上的耐久性较强。混凝士板的破坏程度就会减小和减缓，也就会增强渠道的抗冻性和抗冲性。所以混凝土的强度一定要符合标准。心得体会通过对《季节冻土区水工建筑物抗冻技术》课程的讲解，使我又了解了一门知识。抗冻技术这门课程所应用的领域在我们的日常生活中十分常见，尤其是在北方等季节性冻土区和永久冻土区，并且对我们未来从事建筑工程工作的学生来说十分重要。这将影响建筑物的安全与否，运用的好可以造福一方，相反，可能造成重大的经济损失。我通过学习《季节冻土区水工建筑物抗冻技术》这门课，首先知道了冻土区的分布，尤其是季节性冻土区的分布，新疆大部分属于季节性冻土区。然后知道了东土的组成及物理特性、冻胀的形成及其影响因素、以及桩墩基础建筑物，平板式基础，挡土墙，衬砌渠道的冻害防治技术。但是，我记忆最深的还是关于衬砌渠道的冻害防治技术。在今年冬天我们做了一个关于农八师衬砌渠道抗冻现状的调查，我们调查了好多衬砌渠道，发现位于季节性冻土区的兵团农八师防洪、灌溉用的衬砌渠道冻害很严重，不仅造成巨大的维护费用损失，而且还造成了水资源的浪费。通过对衬砌渠道抗冻方面的学习，使我对衬砌渠道的冻坏的成因有了一个详细的了解，并对衬砌渠道如何减小甚至避免冻害有了一些初步的认识，虽然现在了解的还不太全面，但我相信作为未来的工程师，在以后的学习工作中会不断的积累，并应用到以后的工作中。