苯板在严寒地区渠道工程中的选用

杨小航，杨春旗

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003）

苯板在严寒地区渠道工程中的选用

杨小航，杨春旗

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003）

通过对苯板在严寒地区渠道衬砌中的使用分析，得到采用不同厚度的苯板材料对渠道衬砌下渠基土的地温、冻深及冻胀量的影响，为渠道衬砌工程中材料的选用提供了参考依据。

苯板；严寒地区；基土；冻胀

1 概述

目前中国北方大部分严寒地区的灌区内渠道衬砌普遍采用的一种结构形式是对基土进行换填处理，将渠道内的冻胀性土壤换填成厚砂砾料，来防止混凝土被冻坏。但由于这些地区冬季温度过低，经过多年观察，渠道衬砌的混凝土表面均因冻胀产生了不同程度的变形，断裂，严重影响了渠道衬砌的质量，大幅缩短工程的使用年限。且换填施工时开挖量大，施工困难，施工质量又难以保证，换填厚度往往达不到要求。为了最大限度的发挥工程使用效率，在严寒地区急需找到可行的方法解决冬季防冻胀的问题。影响渠道基土冻胀的主要因素有2个。一是基土温度长时间处于负温，二是由于基土中含有过多水分，水冻结后体积膨胀，造成破坏。只要能克服任何 1个因素即可达到抗冻胀的目的。灌区选用苯板作为保温材料，除了苯板的物理性能外，还因为苯板具有造价低廉，施工简单等优势。

2 苯板的选用

2.1 苯板物理力学性能

这次选用的苯板材料均采用统一标准，具体性能见表1。

2.2 选用苯板后渠基土温度变化

苯板可明显提高渠基土的温度，这是由于苯板很好的隔热作用，可有效减缓渠基土与外界的热交换速度，使渠基土在冻结过程中温度速率降低缓慢，减少渠基土冬季处于负温的时间。苯板越厚，保温效果越明显。图1为2010～1014年某渠道使用苯板后温度曲线图，表明使用苯板后随着苯板厚度的增加温度成正比增加。图中大部分曲线斜率基本相同，说明渠基土地温随着苯板厚度的增加其增长速率无明显改变，这就说明了苯板材料的保温性能具有持续性。

表1 试验用苯板物理力学性能

图1 2010～1014年某渠道使用苯板后温度曲线

图2为2010～1014年某工程使用苯板后的冬季地下温度曲线，表明使用苯板的严寒地区渠道工程，每年冬季基本气温维持在负温以上，部分结构地温变化情况如图 2所示。

图2 2010～1014年某工程使用苯板后的冬季地下温度

2.3 选用该苯板后渠基土冻深、冻胀量变化

苯板可以提高渠基土温度，还可以减小冻深值，对渠基土的冻胀有明显的抑制作用，能明显减小冻胀量。本次试验选在甲、乙、丙3段试验，分不同结构测试。东西边坡选用4cm、6cm、8cm厚苯；南坡选用6cm、8cm、10cm厚苯板；北坡选用3～8cm厚苯板；渠底选用4cm、6cm、8cm、10cm厚苯板。冻深、冻胀量试验结果见表2。

表2 不同苯板保温结构最大冻深、最大冻胀量表单位：cm

续表

据试验数据：试验段东西边坡4cm、6cm、8cm厚苯板削减冻深分别为59.5%，67.6%，70.9%。南坡6cm、8cm、10cm厚苯板削减冻深分别为57.2%，65.7%，72.0%。北坡3～8cm厚苯板削减冻深分别为35.1%～89.6%。渠底4cm、6cm、8cm、10cm厚苯板削减冻深分别为28.5%，39.6%，53.5%，64.1%。苯板保温结构渠基土的冻深变化进程明显变缓，且使渠基土融化期提前，融化速率加快。缩短了整个冻结期。

以乙段工程为例，冻胀量与冻深之间的关系曲线见图3，说明苯板可以减小渠基土冻胀率，且观测数据表明，苯板厚度越大，冻胀率越小。

图3 冻胀量与冻深之间关系曲线

部分结构的冻胀变化情况见图4，图5。从曲线可以明显看出当苯板厚度达到6cm时，渠基土的冻胀量有了明显的减小，且2010～2014年4年间的观测数据说明，削减冻胀能力并未随着苯板的使用年限增加而减小，说明苯板材料抗冻胀能力具有耐久性。

3 结语

在严寒地区的灌区渠道工程中，选用苯板能大幅提高混凝土衬砌的使用年限，抑制冬季气温低对混凝土的影响，从而发挥整个工程的使用效率。虽然苯板的好处众多，但在具体工程中应具体对待；结合工程的实际情况，选用合适的材料来提高工程质量，延长工程寿命，这是每个科研工作者努力的方向。

图4 某段结构一的冻胀量

图5 某段结构二的冻胀量

［1］陈雯龙.新疆混凝土防渗渠道冻胀破坏成因分析及防冻胀措施［J］.水利技术监督，2011.

［2］王利军.混凝土渠道抗冻胀设计及防冻害措施在西北冻土地区节水工程中的应用［J］.水利规划与设计，2009.

［3］黄晓峰.苯板在农田水利工程中的应用［J］.黑龙江水利科技，2009.

［4］宗兆博，张欣，宋立元.辽宁东港灌区渠道铺设苯板保温抗冻胀试验研究［J］.中国农村水利水电，2013.

TV91

B

1008-1305（2015）04-0083-03

水利部科技推广计划项目（TG1507）

杨小航（1985—），女，工程师。