渠道衬砌抗冻胀问题研究(5)

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,

5134 岩石力学与工程学报 2005年

(a) 剪力分析

(b) 边坡砌体

L

3

处剪力

(c) 边坡砌体

L

2

处剪力

图4 渠道边坡衬砌体剪切力分析图 Fig.4 Shear stress analysis of lining blocks

表2 剪力值

Table 2 Values of shear stress

位置x

Qax Qbx Qxa Qxb L/3 5τycL 5τycL 11τycL11τycL242424

24

L/2 7τycL 7τycL9τycL16

16

9τycL16

16

(1) 对已损坏渠堤内侧土坡进行了开挖回填修

补工作。为了使新老土体更好地结合，采用了阶式

回填的方法，即将坡面开挖成台阶状，然后分层回填。这样做的结果，可人为地在土体内形成界面，通过界面效应的作用，使土体内应力(特别是滑动拖拽力)被分解。由于界面两侧土体结构差异，从而减小了牵引式滑坡的可能性和区域范围。

(2) 在变形较大的阴坡中下部，布设碎石体垫层(如图5所示)。这层碎石体滤水层孔隙体积大，对活性水有加快渗排作用。在冻胀过程中，由于孔

隙的存在，可为冰渍的冻胀提供空间，从而削减消纳部分冻胀力。

图5 渠道边坡衬砌布设碎体垫层

Fig.5 Crushed stone cushion of lining situation in canal slope

(3) 对于现浇混凝土衬砌体的厚度，在前述理论计算的基础上，采用变截面鱼腹形式。石堡川工程按抗剪强度校核结果控制，选用150#混凝土，上部板厚7 cm，中部15 cm，下部10 cm。还在有条件的地方采用了曲面衬砌形式。此种形式，截面惯量高，抗形变能力强，实际效果较为理想。

(4) 为抵抗渠道底部冻胀作用，采用了微反拱形式衬砌，反拱矢跨比采用1∶30左右。

石堡川水库干渠衬砌修复工程，在前述理论计算的基础上，采取了针对性的工程措施。自1993年止今，陆续翻修后的工程，经多年冬季行水考验，砌体稳定，运行正常，再未出现衬砌体滑移隆起和砌体冻裂现象，冻胀破坏问题得到有效解决。

7 结论与建议

(1) 混凝土预制板的衬砌形式，在较寒冷地区(根据石堡川工程实际观测－10 ℃为冻胀破坏临界值)是不可取的。

(2) 对于采用混凝土现浇形式的梯形衬砌工程，应根据当地具体的土性和气温条件，经过理论分析计算，求得所需混凝土标号值和衬砌厚度，并