探析寒冷地区的水利高填方渠段衬砌施工技术

肖志丹

摘 要：在一些天气寒冷、海拔较高的区域进行高填方区段衬砌施工时，需要制定科学的计划工作，还要采用合理的施工技术，除此之外，还要考虑整个防冻效果，保证整个渠道工作的安全。本文主要结合具体的案例进行分析，从而探析水利高填方衬砌施工技术。

关键词：水利；高填方；衬砌；施工技术

1 案例介绍

本次研究所选择的工程是一种高填方渠道，并且走向呈南北势，整个渠道的断面呈提醒情况。根据测量，渠道的深度为3米6，而设计过程中整体流量为每秒33m3。并且现阶段整个灌溉面积为41.2×104hm2。整个工程受到所处环境的气候以及地理环境的具体影响，水资源十分的匮乏，该地风沙天气多，降水量小。水资源主要来自于黄河，并且可利用的水资源也十分稀少，人地与水整个呈现出一种矛盾突出的情况。而根据现阶段本区域的具体情况来看，想进一步加强水资源的节约，控制整个水资源的下渗能力，需要对整个水资源通过的渠道进行衬托砌实，我们需要进一步加大整个渠道工程的衬砌施工。

2 渠道衬砌施工的具体试验

因为渠道所处环境冬天十分寒冷，平均气温维持在零下13℃左右，并且整个霜冻期长达140d，最大冻深深达92厘米。渠道的阳坡土质为粉质壤土，阴坡土质为重粉质壤土。根据地区具体环境情况情况，选择防冻胀效果更好，并且具有更高经济价值的衬砌方式。

2.1 结构形式的具体选择

本次试验一共对十二中结构形式进行试验，并且结合具体的环境情况，使用梯形的断面进行整个渠道的衬砌，就如图1所示。在山坡的坡脚使用浆砌石，而浆砌石的尺寸要控制在100×80cm之内，边坡的地步使用长度为160cm，厚度为30-60cm的浆砌石。这样可以加强整个底部的稳定程度。同时上部分可以使用标号为C15的混凝土预制板，不同板的连接之间缝隙的宽度需要控制在10cm之间。而填筑材料则选择使用C20的细石混凝土。在混凝土班之下，需要铺设一部分的放送材料，一般防冻材料主要选择砂砾、土工布以及一些乙烯材料混合在一起制成的，将乙烯塑料膜作为基础铺在整个渠道的最底部。

2.2 具体试验方法

2.2.1 首先要使用密度和厚度不同的聚苯乙烯板来作为主要的保温材料进行保温，从而能够减轻整个渠道底部的冻深量和冻胀量。选择适用厚度的聚苯乙烯板，本次主要选择的为5厘米、6厘米和7厘米。现阶段市场上一般都是使用1m×6m的大尺寸聚苯乙烯板，并且密度也只有20kg/m3和16kg/m3两种。

2.2.2 其次，要降低整个渠道基层土内的含水量，降低一旦出现冻胀而引起的变形情况，分别使用30厘米厚的砂砾石和30至60厘米厚的砂砾石。本次试验所使用的砂砾石中含土量要控制在5%以下，并且全体砂砾石的直径都要控制在50mm之内。并且再上面铺一层土工布。另外，确保防渗，要在砂砾石和混凝土板之间多铺设一层聚苯乙烯塑料薄膜。另外，在混凝土板以及浆砌石边坡连接处，设置排水管，排水管的尺寸规定为直径在20mm，长度约为80cm左右。这些排水管一层要深入到石层内部，另一层要深入到边坡内部。在排水管要进行二次加工，在不同位置上打眼，留空，并且在外部使用土工布进行包裹。另一侧，则是要将单向逆止阀埋入边坡之中。安装单向逆止阀的主要目的是保证整个渠道中的水都流向指定位置中区，从而降低整个渠道内部的需水量，从而避免在寒冷的冬天出现冻裂的现象，对整个工程的稳定和安全产生威胁。

2.2.3 槽形板的具体厚度要控制在12cm之内，肋宽和肋高的规格分别为7.5cm和6cm，并且两种槽形板的规格分别为500mm×200mm和500mm×500mm。整个槽形板的凹面要朝下，之所以这样安排，首先是为了保证空气能够留在整个凹面之内，从而保证温度。其次是使用这种模板可以抵御在整个冬天寒冷的环境中出现一些材料的变形。因为一般使用的矩形混凝土作比较，凹形槽型板不会增加整个混凝土量，从而减少施工成本的投入。

3 防冻效果对比

3.1 不同衬砌类型的防冻胀效果

（1）7cm苯板+7cm混凝土板比较。虽然保温效果良好，但是由于苯板的厚度增加，导致工程造价增加。（2）6cm苯板和8cm混凝土板比较。和1相比防冻指标比接近，最高冻胀量为1.15cm。没有剩余冻胀量。相比其他类型，地温度更高，具有良好的保温效果，苯板结构形式良好。（3）5cm苯板+8cm混凝土板。这种型式相比于1和2，防冻胀效果稍差，冻胀最大剩余量为0.162cm，最大冻胀量为2.41。和第2种苯板形式相比，工程造价较低。（4）30cm的砂砾石+5cm苯板+8cm混凝土板。在所有的衬砌类型中，这种衬砌形式的冻胀量变化最低。虽然地稳比其他类型的苯板要低，但是有较强的变形适应能力。（5）30～60cm的砂砾石+12cm的槽形板。混凝土的使用量变化不大。（6）30cm砂砾石++12cm槽形板。这种类型冻胀量的剩余值最高为1.78cm，剩余冻胀量和冻胀量比较高，冻胀回位不均匀。（7）30～60cm砂砾石+8cm六边形板。这种结构的防冻效果和5类似，冻结融化后板面会回到原位。剩余的冻胀量很小。（8）30cm砂砾石+8cm六边形。根据实验结果来看，这种类型的防冻效果是最不好一种。（9）5cm苯板+8cm六边形板。这种类型主要在渠道的阳坡应用。（10）5cm苯板+8cm六变形板。这种结构主要在渠道阳坡应用，通过观测没有出现冻胀变位的情况。（11）0.3mm塑模+8cm混凝土板。这种结构主要在渠道阳坡使用，相交于9，10来说，防冻胀效果稍差。混凝土板会产生横向冻胀裂缝，并且出现轻微的冻胀位移。（12）0.3mm塑膜+8cm混凝土板+5cm苯板。试验证明，此种类型的衬砌冻胀力要低于其他类型的冻胀量，具有良好的防渗效果。

3.2 评价防冻胀效果

经过试验证明，类型1，2，3中，类型1的断面要比类型2的断面差，而类型3的断面要比类型1的断面差。不过，类型3的断面虽然冻胀效果稍差一些，但是工程造价比较低，投资小。4，5，7.12衬砌类型比较好。其中4由于剩余冻胀量和最大冻胀量最低，可以更好的适应冻胀变形，具有较高的防冻胀效果。并且砂石的厚度不大，施工方便。是非常理想的一种衬砌结构类型。类型12中由于使用了塑料薄膜，冻胀量显著降低，防冻效果良好。而类型5和7由于冻胀量比较大，剩余冻胀量也比较大。会降低工程的使用年限，并且预制混凝土的工艺较为复杂，施工难度较高。类型9，10，11处于渠道的阳坡，基本9和10已经将冻胀变形基本消除，防冻效果良好。类型11只是铺设了塑料膜，并没有使用保温苯板，虽然有一定的冻胀量，但是变化很小。比较适用于东西走向的渠道。根据观测结果来看，在苯板结构中增加塑料防渗薄膜，会取得更高的防渗效果和防冻胀效果。并且，可以省下粘结苯板的工序。

4 结论

本文结合工程所在具体地区的实际气候、环境情况，使用分析对比的方法确定了具有良好防冻胀和防渗效果的高填方衬砌类型，提高了渠道的使用寿命，具有较高的经济价值和应用价值。

参考文献

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[2]周鹏.水利高填方渠段衬砌的施工技术[J].中国水运月刊，2014，14（12）：209-210.

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