土工格室在遼寧地區(qū)渠道襯砌中的應(yīng)用研究

宗兆博

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

土工格室在遼寧地區(qū)渠道襯砌中的應(yīng)用研究

宗兆博

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

本文主要研究土工格室在遼寧地區(qū)渠道襯砌中的應(yīng)用。通過(guò)設(shè)置 3 處試驗(yàn)段，在每個(gè)試驗(yàn)段的邊坡上分別設(shè)計(jì)了不同厚度的土工格室混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得出了土工格室的適用條件，為工程設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。

土工格室；渠道襯砌；凍脹；遼寧地區(qū)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，遼寧省大型灌區(qū)多年平均引水總量 50 億 m3，損失水量達(dá) 20 億 m3以上，相當(dāng)于一個(gè)大型水庫(kù)的容量，其中 80%損失于輸、配水過(guò)程中，因此，應(yīng)從浪費(fèi)最為嚴(yán)重的渠道輸水角度出發(fā)，積極采取渠道防滲技術(shù)，才能提高灌溉渠系水利用系數(shù)，解決農(nóng)業(yè)用水供需矛盾。遼寧省灌區(qū)渠道襯砌在冬季運(yùn)行過(guò)程中均存在凍融、地基土凍脹作用的問(wèn)題，使渠道襯砌表面發(fā)生不同程度的破壞，從而造成水資源的浪費(fèi)。

土工格室是國(guó)際上出現(xiàn)的一種新型土工合成材料，材質(zhì)由高分子聚合物片材經(jīng)高強(qiáng)力焊接而成。經(jīng)張拉展開后的土工格室形似一蜂窩狀的板塊結(jié)構(gòu)。土工格室用于渠道邊坡襯砌時(shí)，使格室與填充混凝土一起構(gòu)成一種柔性結(jié)構(gòu)層，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)層來(lái)提高渠道襯砌坡面的強(qiáng)度和剛度，避免了坡面因凍脹引起的不均勻變形。

1 試驗(yàn)段選擇

在東港、遼陽(yáng)和沈陽(yáng)3處試驗(yàn)段設(shè)計(jì)共采用了 6 種土工格室混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)：1） 東港十一支渠。結(jié)構(gòu)一，素土夯實(shí)+40cm 砂石墊層+土工格室混凝土護(hù)坡（50cm×50cm×6cm）+10cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土底板 φ6@250mm×250mm； 結(jié)構(gòu)二，素土夯實(shí)+40cm 砂石墊層+土工格室混凝土護(hù)坡（50cm×50cm×10cm）+10cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土底板 φ6@250mm×250mm；對(duì)比結(jié)構(gòu)，素土夯實(shí)+ 40cm 砂石墊層+10cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土 φ6@250 mm×250mm。2）遼陽(yáng)斗渠。結(jié)構(gòu)一，素土夯實(shí)+復(fù)合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護(hù)坡（35 cm×35cm×6cm）+7cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土底 板φ5@150mm×150mm；結(jié)構(gòu)二，素土夯實(shí)+復(fù)合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護(hù)坡（35cm× 35cm×8cm）+7cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土底板φ5@150 mm×150mm；對(duì)比結(jié)構(gòu)，素土夯實(shí)+7cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土 φ5@150mm×150mm。3）沈陽(yáng)斗渠。結(jié)構(gòu)一，素土夯實(shí)+復(fù)合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護(hù)坡（35cm×35cm×6cm）+8cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土底板 φ5@150mm×150mm；結(jié)構(gòu)二，素土夯實(shí)+復(fù)合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護(hù)坡（35cm×35cm×8cm）+8cm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土底板φ5@150mm×150mm；對(duì)比結(jié)構(gòu)，素土夯實(shí)+8cm現(xiàn)澆鋼筋混凝土 φ5@150mm×150mm。本文以東港灌區(qū)十一支渠試驗(yàn)段為主來(lái)詳細(xì)介紹。

東港灌區(qū)十一支渠為南北走向，不涉及陰陽(yáng)坡，其邊坡襯砌結(jié)構(gòu)為：素土+40cm 砂石墊層+土工格室混凝土板；其底板襯砌結(jié)構(gòu)為：素土+40cm砂石墊層+10cm 厚鋼筋混凝土板。對(duì)邊坡設(shè)置 6cm 和 10cm 不同土工格室厚度。斷面結(jié)構(gòu)形式圖 1。原設(shè)計(jì)邊坡及底板的襯砌結(jié)構(gòu)（對(duì)比結(jié)構(gòu)）為：素土+40cm 砂石墊層+10cm 厚鋼筋混凝土板。

圖1 東港十一支渠土工格室護(hù)坡結(jié)構(gòu)圖

2 地溫觀測(cè)

地溫觀測(cè)采用埋設(shè)直讀式地溫表，分別觀測(cè)40cm 及 80cm 深處的地溫值，觀測(cè)結(jié)果見圖 2。

圖2 地溫變化過(guò)程線

不同厚度的土工格室混凝土地溫相差不大。觀測(cè)段分層地溫略高于對(duì)比結(jié)構(gòu)。其中 40cm 深地溫從 1 月 1 日至 2 月 24 日持續(xù)負(fù)溫，東坡最低值-2.8 ℃，西坡最低值-1.3 ℃，觀測(cè)日期分別為 2 月 2日和 2 月 13 日。80cm 深地溫僅 2 月 13 日觀測(cè)值為負(fù)溫，該日東西坡地溫分別為-0.1 ℃和-0.2 ℃。

對(duì)比結(jié)構(gòu) 40cm 深地溫出現(xiàn)負(fù)溫時(shí)間為 12月 20 日至 2 月 24 日，東西坡地溫最低值分別為-6.8 ℃和-2.9 ℃，觀測(cè)日期 2 月 2 日。80cm深地溫同為 2月2日觀測(cè)值最低，該日東西坡地溫分別為-0.9 ℃和-0.2 ℃，其它觀測(cè)日地溫基本保持在0℃以上。

3 凍脹觀測(cè)

在每種渠道襯砌結(jié)構(gòu)上選取一個(gè)觀測(cè)斷面，根據(jù)渠道斷面大小埋設(shè)不同數(shù)量的觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行定期觀測(cè)，從而反應(yīng)出每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的凍脹量。觀測(cè)結(jié)果見圖3。

圖3 土工格室結(jié)構(gòu)邊坡凍脹量變化曲線

圖3 為十一支渠各結(jié)構(gòu)邊坡上某點(diǎn)隨時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果。由凍脹觀測(cè)結(jié)果可以看出，10cm 土工格室結(jié)構(gòu)邊坡凍脹量小于對(duì)比結(jié)構(gòu)，但 6cm 土工格室結(jié)構(gòu)凍脹量較大，說(shuō)明在東港地區(qū)采用厚度為6cm 的土工格室抗凍脹效果不佳。具體各結(jié)構(gòu)最大凍脹量見表1。

表 1 東港試驗(yàn)段土工格室結(jié)構(gòu)最大凍脹量 cm

遼陽(yáng)、沈陽(yáng)試驗(yàn)段凍脹量見表 2。

表 2 遼陽(yáng) 沈陽(yáng)試驗(yàn)段土工格室結(jié)構(gòu)最大凍脹量 cm

4 觀測(cè)結(jié)果分析

從凍脹量的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，東港試驗(yàn)段 10cm厚土工格室護(hù)坡較比對(duì)比結(jié)構(gòu)凍脹量削減了17.7%，遼陽(yáng)試驗(yàn)段 8cm 厚土工格室護(hù)坡較比對(duì)比結(jié)構(gòu)凍脹量削減了 9.3%，沈陽(yáng)試驗(yàn)段 8cm 厚土工格室護(hù)坡較比對(duì)比結(jié)構(gòu)凍脹量削減了 17.2%。試驗(yàn)結(jié)果土工格室結(jié)構(gòu)的抗凍脹能力在東港試驗(yàn)段體現(xiàn)的更加明顯。

東港試驗(yàn)點(diǎn)渠道屬半挖半填結(jié)構(gòu)，遼陽(yáng)、沈陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)渠道均為填方結(jié)構(gòu)，且渠基土均為強(qiáng)凍脹性土，土壤含水率較高。通過(guò)觀測(cè)，各試驗(yàn)點(diǎn)的土工格室護(hù)坡結(jié)構(gòu)中厚度較大的比普通混凝土襯砌結(jié)構(gòu)抗凍脹能力強(qiáng)，而地溫、凍深值基本相同。由于遼陽(yáng)、沈陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)渠基土凍脹量普遍較大，采用土工格室結(jié)構(gòu)凍脹量雖有所減少，但抗凍脹效果不如在東港試驗(yàn)點(diǎn)的明顯。應(yīng)用在東港渠道襯砌的土工格室結(jié)構(gòu)格室數(shù)量多、面積大，更能體現(xiàn)土工格室材料的整體性，抗凍脹能力較比應(yīng)用在斷面尺寸小的斗渠上要好，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)應(yīng)更適用于斷面尺寸大的支渠和干渠上。

［1］張忠平. 土工格室在 北引渠道護(hù)坡工程中的應(yīng)用［J］.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2004（02）.

S27

A

1002－0624（ 2014）06－0038－03

2013-12-23