[发明专利]消除季节冻土区冬季无冰盖、高水位运行的输水渠道冻胀破坏作用的方法

说明书

本发明涉及一种应用于季节冻土区的输水渠道抗冻胀破坏方法。一种消除季节冻土区冬季无冰盖、高水位运行的输水渠道冻胀破坏作用的方法，包括：1）输水渠道刚性衬砌渠道横断面采用复合断面形式，渠岸或堤顶面以下为梯形断面，渠岸或堤顶面以上为矩形断面；2）利用渠内水的比热容高的特点，渠内水对渠基土起到保温作用，达到渠基土在整个冬季期不冻结的目的，消除输水渠道的冻胀，整个冬季渠内水位面不得低于渠岸或渠堤顶面；3）渠道矩形断面的挡水直墙渠外侧无土，即渠岸或渠堤顶面以上的挡水直墙墙后无土，自然挡水直墙就无土的冻胀作用。本发明消除了渠基土对渠道刚性衬砌层的冻胀作用，并且渠道刚性衬砌板可预制，实现了渠道混凝土产品商品化，可流水施工修建渠道，缩短工期。

技术领域

本发明涉及一种应用于季节冻土区的输水渠道抗冻胀破坏方法，尤其是涉及一种消除季冻区冬季无冰盖、高水位运行的输水渠道冻胀破坏作用的设计方法。

背景技术

预制混凝土板衬砌渠道具有防冲、防渗能力较强，施工快捷的优点，但应于北方输水工程中时常因渠基土的冻胀作用而发生裂缝、隆起甚至滑坡的破坏现象。为了解决渠道的冻胀破坏，一方面人们提高渠道的抗冻胀能力，将预制混凝土板改为了现浇混凝土板，甚至将混凝土的厚度由5cm提高到10cm，甚至更大；另一方面，人们根据产生土体冻胀的三大因素，对刚性渠道采用保温、防水以及土体换填的三大类防冻胀破坏方法来减弱（或消除）渠道基土的冻胀以降低（或减弱）对衬砌层的破坏作用。除了这些措施外，也常常运用一些结构措施来适应渠道的冻胀变化，从而使作用在渠道衬砌层上的冻胀力值减小，如小型渠道用U型结构，在大中型渠道中采用弧形底斜边坡的断面形式。

近几年，在我国北方输水渠道中广泛采用梯形混凝土衬砌，并在混凝土衬砌层下加铺设了一或二布一膜土工织物。这些防冻胀破坏成果广泛地应用到各级输水渠道中，取得了较好的经济效果。而这些防冻胀方法，也已经以规范的形式指导和运用于工程实践，如：1）渠道断面形式和衬砌结构根据渠道大小可采用整体式混凝土U形或矩形槽、混凝土板和土工膜结构的弧形或弧底直边坡的断面，砌石衬砌或其它适宜的防抗冻胀破坏结构型式；2）冬季输水时宜采用窄深式的弧形渠底+矩形或梯形断面渠道冰盖下明流、满流输水或无冰盖过水。所以，无论渠道冬季是否过水，都是通过水力计算确定横断面上衬砌长度，而衬砌厚度则是依据工程经验和构造要求确定【中华人民共和国国家标准.水工建筑物抗冰冻设计规范GB/T50662-2011[S].北京：中国计划出版，2011】，这是因为人们认识到冬季输水渠道的基土不像冬季停水渠道的基土在渠道整个横断面上全部冻胀，而是仅在渠内水位面以上边坡部位冻胀，相同条件下，冬季输水渠道的基土冻胀变形（或总的冻胀力）不如全断面冻胀得那么大，所以衬砌层破坏程度也就比冬季停水渠道的轻，因而用冻胀作用较大的全断面冻胀情况下（即冬季停水运行条件）的设计方法进行冬季输水渠道的设计，就更安全了。

但是事与愿为，如：南水北调工程从石家庄至北京总干渠采用了换填和保温法两种防冻胀破坏措施【王流泉,赵文清,姚丽华.南水北调中线工程渠道防冻胀设计中的几个问题[J].南水北调与水利科，2004，2(5):9-14.】，新疆乌什水水库冬季引水渠采用冰盖下明流【曹兴山，陈志孟. 寒区冬季输水渠道冻胀破坏机制与防治——以新疆乌什水水库引水渠为例[J].地质灾害与环境保护，2005，16(4):405-409.】，这两个工程的输（引）水渠运行2、3年都出现了不同程度的冻胀破坏。这充分说明：即使所有条件完全相同的渠道，仅因冬季是否过水的不同，运行后的渠道破坏情况就不一样。适用于冬季停水渠道的防冻胀破坏的方法不一定就能适用冬季输水渠道。因此必须对两种运行方式的渠道分别进行各自独立的设计、研究，不能合二为一的考虑。