河套灌区长距离输水渠道膜袋混凝土衬砌结构优化试验研究.docx

          河套灌区长距离输水渠道膜袋混凝土衬砌结构优化试验研究                    摘要：利用工程试验的方法对不同膜袋混凝土厚度和防渗膜对灌溉渠道衬砌冻胀的影响进行研究实验研究结果表明，施作面层防渗膜对于有效减小面层膜袋造型混凝土外墙衬砌建筑通道的面层冻胀力程度具有明确的抑制作用，膜袋造型混凝土外墙衬砌通道面层的外墙厚度通过提高，虽然可以从一定程度范围内有效减小其外墙受到的面层冻胀力，但是当面层厚度提高超过15cm以后其面层受到的对冻胀力的抑制作用就可能会逐渐变得无效因此，建议大家应该在深水灌区基层衬砌土壤浇筑工程施工中，采取15cm以上厚度的防渗膜袋作为混合料，用于浇筑土壤的防渗膜关键词：河套灌区、长距离；渠道膜袋混凝土前言：河套灌区处于我国北方较寒冷的干旱地区，是全国三个特大型灌区之一，同时也是亚洲最大的一首制灌区，对于大型灌溉渠道蓄水可以同时采取一定的保温防冻和抗胀蓄水工程保护措施，对于有效降低冻胀的环境破坏，提高该地区灌溉渠道的使用寿命和延长使用蓄水年限都具有重要应用意义近年来，我国在对处于寒区冷冻地段的各个渠道保温区的防冻收缩膨胀技术原材料及其生产技术的应用研究上都已经有许多取得突破性的研究进展，开发生产出一系列的新技术工艺、新材料技术，并且在各个渠道保温区的防冻收缩膨胀上都已经成功取得明显的经济效益。

1、实验方案根据河套灌区渠道膜袋混凝土使用防水情况及多年与此相关的建筑工程防水管理实践经验，设计12、15、18cm三种不同的防水衬砌涂层厚度以及采用有、无防水反渗膜2种不同塑料材质的防渗膜袋等多种设计方法并进行交叉使用试验，共通过累计测试获得6种不同的交叉试验解决方案其中，每个渠段试验设计方案的全部路径和每个渠段间的总长度系数应该为12m，全部每个试验方案路径和每个渠段的路径长度系数应该至少为72m根据两个实验观察目标，设计2个主要的实验观察检测项目，分别确定为液体表面表层冻胀材料损伤性检察观测和表层冻胀材料质量检测观察2、试验观测结果与分析2.1、衬砌表面观测结果与分析试验的进行过程中对不同材料设计方案下的衬砌渠道板和衬砌主体材料分别进行一次表面检测观察，该次材料观测试验工作开始于2017年12月7日，结束于2018年4月13日在这个区域观测期间，试验渠道尤其总干渠受回归水、侧渗水的影响，渠道内存在着50cm—110cm左右的地表积水而且已经开始结冰，由于目前地表结冰水平相对较低，并且也不会直接严重影响到这个区域观测调查工作能否顺利进行观测期内的薄膜袋钢筋混凝土主要衬砌部位表面基本无明显的基层鼓起、上升、开裂、架空等结构异常现象，衬砌部位表面也基本得到维护完整，仅在观测方案6的黄河东岸衬砌区域局部存在一处主要衬砌部位隆起的异常现象，其余各个衬砌部位均不明显见到已遭受冻胀或者严重破坏。

是否应该附观测方案和数据）因此，试验渠道路径各个主要渠段的试验路径及其中的衬砌物在正常道路运输或者使用的特殊条件下，不会因此出现严重冻胀或者严重损坏，渠道整体性完全2.2、冻胀量观测结果与分析按照气体冻缩后胀量密度进行精确计算，结果框图画出气体冻胀后能量密度随持续时间而有所改变的变化曲线研究发现该渠段东西方向两岸的实测水面中冰冻量和胀量并未发现存在显著的较大差异，究其原因，主要一个可能原因是该渠道实测渠段的引水路径为东西方向倾斜引水走向，因此两侧的引水渠坡在实测水中的冰冻胀量所接受到的太阳光能和辐射能的强弱程度等几个方面并没有显著的较大差别从设计时间流逝顺序分析来看，各种不同设计方案下的设计冻胀的数量随着设计时间的快速流逝而逐渐不断增加，并于2018年2月中旬至下旬期间设计达到冻胀最大限度，之后设计冻胀的数量逐步逐渐减少这也就可以说明，渠道的大量冷却水和冻胀水的数量主要原因是由于受当地气温等多种因素的相互作用而致所产生的影响，与当地的年平均气温的温度变化周期特点基本完全相符，并且会呈现一定的变化滞后2.3、防渗膜对冻胀量的影响混凝土材料是属于多项符合的材料，它具有耐抗压、抵受腐蚀和耐拉强度较弱、脆性较差等特点，所以在对混凝土建筑结构进行研究时主要重视的就是解决建筑材料裂缝。

土工膜是以高分子聚合物和土壤为主要原料而设计制成的一种新型防渗材料，可以充分利用它良好的防渗和排水性能，阻断灌溉沟渠的衬砌建筑结构和基土之间的泄漏通道由于建筑物施作时使用的土工薄膜会明显地改变路径和沟渠内部渗流和水分向外迁移的特性，也会给路径和土工层的冻胀等特性造成某种程度上的影响因此，以本文研究过程中的实际观察资料为依据，整理得出相同的膜袋式混凝土衬砌材料厚度条件下渠道受到冻胀的大小从具体的厚度数值冻结情况分析来看，膜袋中多层钢筋混凝土在其内部衬砌的基层的冻结厚度分别应该是12、15、18cm而在等级的不同条件下，施作多层防渗膜时，冻结膨胀的效率分别可以降低48.07%、48.65%和18.08%2.4、衬砌厚度影响的结果分析总干渠渠道内水受冻结而膨胀的主要形成原因就是由于进入渠道内的地面水泥基土中的水所含的大量水分被结冰冻结而膨胀引起的由于排水渠道填土层和薄膜袋钢筋混凝土系统衬砌建筑面板基土厚度的大幅提高，将直接使得传统衬砌面板体系建筑结构的基土承载冻胀重量显著地有所加大，这必然也将对建筑基土的承受冻胀抵抗能力强弱产生一定的耐蚀抗震性和抵消性的作用，从而直接地会影响其能承受冻胀的基土质量。

因此，基于建筑冻胀物质量的厚度观察分析数据通过画像分析绘制各种不同厚度的建筑衬砌层与建筑物表层结构下不同冻胀物质量的厚度对比膜袋保温混凝土墙体衬砌保温板的墙体厚度保温增设尽管可以使其达到一定厚度范围内的强度减少其承受墙体冷冻胀裂的应力，但是其保温效果却不太理想2.5、膜袋混凝土模袋混凝土护坡施工速度快，抗冲能力强，外观质量好，适合各种作业条件，特别是在有水的条件下，其他方法无法进行施工时，有着一定的优越性，所以被大量地应用于海河堤防设计与施工中，但在施工中也容易出现一些问题为了切实提升膜袋混凝土的使用寿命，在进行施工过程中应当注重一些几个方面：首先，严把材料质量关，包括水泥质量，骨料粒径控制，不能有超过20 mm的进入管道中，并在地泵进料口设置筛网，将大粒径筛出其次，混凝土搅拌过程中严格按配合比进行，保证混凝土的和易性和坍落度最后，施工中要保证施工机械设备的完好，充灌前对设备进行试运行，并打水试压，检查输送管道的密封情况，保证管道不漏水漏气，减少管道压力损失，才能保证充灌时的压力按上述原则控好材料质量和施工机械设备完好情况，基本可以减少堵管情况发生如出现，应在最短时间内进行处理，并清洗管道，保证管道内无混凝土渣残留，影响混凝土在管道内的流动。

结束语：膜袋基层混凝土不仅具有良好的防水耐腐蚀性和较高抗拉伸的强度，而且相较于普通基层混凝土的基层衬砌渠道板还同样具有一定的耐腐防水和抗渗透保护作用，目前已经将这种膜袋基层混凝土衬砌技术广泛地深入运用推广到建筑渠道板的衬砌中本文主要目的是通过采用综合实验的研究手段对不同的多层膜袋造型混凝土的冻胀厚度及多层防渗膜对水泥灌溉渠道多层衬砌建筑冻胀的直接影响问题展开实验研究，根据这些实验研究成果最终获得最佳的水泥膜袋造型混凝土多层衬砌冻胀建筑物工程设计方案，可为今后我国水泥灌溉渠道多层衬砌冻胀建筑物设计工程的产业发展规划提供重要参考 参考文献：[1] 刘少军. 环保型超疏水混凝土制备及在寒区长距离输水渠道应用. 西北农林科技大学， 2019.[2] Wang Zaiqin, 汪在芹， Chen Liang，等. 长距离输水渠道混凝土衬砌防水材料的性能与工艺研究[C]// 中国工程建设标准化协会. 中国工程建设标准化协会， 2016.[3] 刘瑾程. 基于冻土水热力三场耦合的寒区渠道防渗抗冻胀数字化设计系统开发[D]. 西北农林科技大学， 2019.  -全文完-。