渠道衬砌抗冻胀问题研究(4)

研究了渠道衬砌体冻胀破坏的机理,提出削减和抵抗相结合的抗冻胀思路;探讨了冻结力及冻胀力的计算方法;并由此推算出衬砌体抗冻胀应采用的混凝土强度标号和砌体横截面各部位相应的厚度尺寸,拟定出渠道衬砌抗冻胀破坏的合理断面;提出了解决渠道衬砌体抗冻胀问题的具体措施,

第24卷 增1 张伯平等. 渠道衬砌抗冻胀问题研究 5133

(a)

弯矩Mp分布

(b) 弯矩M1分布

图2 冻胀引起衬砌体弯矩图

Fig.2

Sketch of lining blocks bending moment caused by

frozen heaving

图3 弯矩叠加图

Fig.3 Superimposed bending moments

由于弯矩Mp为一复合函数(如图3阴影线)，且图形在Rx处出现尖点(如图3中间架支座处)，不连续，不适用于求极值的条件，所以在计算时取几个特征点，求出对应的M值，其中包括最大M值(如表1)。

由表1可知：上三分点(2L/3)处的M值为理论值，实践中，由于上部土体的含水量小，水分补充不充分，以及上部冻结约束较下部偏小等原因，相

表1 弯矩(M)值表

Table 1 Value of bending moment

x 弯矩M 2L/4

7τycL128

2L/3

τycL24

L/2

τycL232

2L/3

τycL224

应冻胀力偏小，对砌体结构不致形成大的破坏作用；而下三分点处(L/3)的M值较二分点处(L/2)的M值大1.333倍，这与实际破损规律相符，验证了实际破损部位(裂缝部位)与理论分析的结果相一致。

渠道边坡剪切力分析见图4。

当x = L/3时，剪力Q的分析见图4(b)所示。杆端Q值由表2给出，这样就容易求得当x = L/3时的Q值为　

Q11τycLL/3=

24

(3)

当x = L/2时，剪力Q分析见图4(c)所示。(杆端Q值由表2给出)同样也容易求得当x = L/2时的

Q值为

QτycLL/2=

916

(4)

由计算结果得出：L/3处的R值小于L/2处的

1.23倍；而L/3处的M值大于L/2处的M值1.333倍(前边已求得)。　

通过以上计算，对砌体横截面上几个特征部位

的M值和Q值已分别求得。对于具体工程应视其边界条件，进行内力分析和计算，可分别求出冻结力、冻胀力的大小，并在此基础上，寻找出其致损控制力，以作该区渠道衬砌的设计依据。

6 理论在工程中的应用　

石堡川水库干渠道衬砌1991年施工完成，1993年就出现冻胀破坏。经多年的实际观测和理论计算分析认为，致使渠道衬砌损坏的主要因素是冻胀破坏作用。鉴于此，在后来的修复工程中采用了如下措施：