羅 帆

岳普湖縣某渠道防凍脹設(shè)計(jì)

羅 帆

（新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

岳普湖縣位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部。筆者介紹了岳普湖縣某渠道凍脹危害產(chǎn)生的原因及渠道進(jìn)行凍脹危害處理的必要性，并對該渠道凍脹危害的處理方法及計(jì)算過程進(jìn)行了闡述。

渠道；凍脹；危害；處理

1 概 述

岳普湖縣隸屬于新疆喀什地區(qū)，位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣，屬喀什蓋孜河沖積平原的一部分，地理位置介于東經(jīng)76°25′～77°25′和北緯38°46′～ 39°22′之間，海拔1180～1225m。

縣域北部、西部與伽師縣、疏勒縣為鄰；東部、南部與巴楚縣、莎車縣接壤；全縣總面積3128.09km2（據(jù)全國第二次土地調(diào)查—岳普湖縣第二次土地調(diào)查，包括農(nóng)三師42團(tuán)146.88 km2和塔什庫爾干縣塔吉克阿巴提鎮(zhèn)33.36km2，其中岳普湖縣面積為2947.85 km2），其中灌溉面積72萬畝。

項(xiàng)目區(qū)地處歐亞大陸中部，遠(yuǎn)離海洋，屬暖溫帶大陸性氣候，其特征是干燥少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，春季多風(fēng)沙、浮塵天氣，秋季天氣較好。根據(jù)岳普湖縣氣象局提供資料，多年平均氣溫(1980～2009年)為11.7℃，年較差33.4℃，年均日較差14℃～17℃。1月份最冷，平均氣溫為-6.8℃。7月份最熱，為26.3℃。極端最低溫度為-23.4℃（1974年），極端最高溫度為41.8℃（1968年7月21日）。干燥度為13.27。多年平均無霜期214d，最長228d。多年平均年降水量約52.5mm，最多150.6mm，最少16.4mm。多年平均蒸發(fā)量為2584mm（E601型），日照時數(shù)達(dá)2500-3000h，太陽年輻射量為140kc/cm2，有效輻射能70kc/cm2。全年以靜風(fēng)為主，其次是東風(fēng)，南風(fēng)與西南風(fēng)較少，年平均風(fēng)速2.1m/s。

岳普湖縣每年12月10日左右開始封凍，2月 25日左右解凍。凍土持續(xù)日數(shù)為105天左右，最大凍土深度82cm。

據(jù)相關(guān)研究表明：渠道的凍脹破壞是由土壤中的水、土體顆粒物理性質(zhì)和負(fù)溫所致。渠道部位如果地下水埋深較淺，再加上特殊的地質(zhì)條件和比較低的內(nèi)部溫度，渠基土受凍會體積膨脹，繼而頂托襯砌，破壞渠道。

對于渠道凍脹危害，可以通過改變渠道結(jié)構(gòu)形式、置換渠基土等方法消除和減弱。

2 渠道防凍脹設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目區(qū)位于蓋孜河沖積平原上，在區(qū)域大地構(gòu)造上屬塔里木地臺南緣岳普湖洼地上，無斷裂構(gòu)造發(fā)育，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。

項(xiàng)目區(qū)地形西北高東南低，自然坡降為1/3000～1/800。項(xiàng)目區(qū)出露的地層均為低液限粉土，不均勻系數(shù)（CU）在17.0～48.8之間，曲率系數(shù)(CC)在1.6～4.6之間，粘粒含量（d ＜0.005mm）在10.0%～55.0%之間，粉粒含量（d =0.075～0.005mm）在38.5%～71.6%之間，內(nèi)摩擦角14.5～35.0度，粘聚力6.5～20kPa，滲透系數(shù)在4.73× 10-3cm/s，天然容重為1.44～1.6g/cm3，含水率在8.51%～34.75%。

該工程據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料分析，工程區(qū)內(nèi)的地層由低液限粉土組成，根據(jù)顆分資料可知，小于0.075mm的顆粒含量一般在70% 以上，項(xiàng)目區(qū)土層為凍脹性土，結(jié)合《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23-2006的判別標(biāo)準(zhǔn)，需要考慮抗凍脹設(shè)計(jì)。

依照SL23-2006規(guī)定：對季節(jié)凍土凍深大于10cm的地區(qū)，應(yīng)計(jì)算渠道設(shè)計(jì)凍深等參數(shù)，以采取必要的防凍脹措施。本次渠道凍脹處理采用置換渠基土的方法。

首先計(jì)算設(shè)計(jì)凍深，然后計(jì)算地基土設(shè)計(jì)凍深和地基土凍脹量，再判別地基土凍脹性級別，最后確定置換深度。

（1）實(shí)測歷年最大凍深Zm。

岳普湖縣氣象站位于岳普湖縣城，距離項(xiàng)目區(qū)約20km,根據(jù)氣象站多年觀測資料可知，2007年岳普湖縣城最大凍土深度達(dá)82cm，因此本次設(shè)計(jì)，渠道設(shè)計(jì)凍深采用Zm=0.82m。

（2）設(shè)計(jì)凍深Zd。

根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23-2006中公式3.1.3，設(shè)計(jì)凍深按下式計(jì)算：

式中：Zd—設(shè)計(jì)凍深，m ；

Zm—實(shí)測歷年最大凍深，m ；

Ψd—日照及遮陰程度影響系數(shù)，按下式確定：

其中：Ψi—典型斷面某部位的日照及遮蔭修正系數(shù)，查圖B.1.1-1～2得Ψi=1.10。

α—系數(shù)，由表B.1.1-1查得；

ΨW—地下水修正系數(shù)；

式中：β—系數(shù)，查表B.1.1-2取值，得β=0.79。

ZWO—當(dāng)?shù)鼗蜞徑鼩庀笈_（站）的凍前地下水位深度，對于粉質(zhì)粘土ZWO取3.0m。

ZWi—計(jì)算點(diǎn)的凍前地下水位深度，取3.0m。（3）地基土設(shè)計(jì)凍深。

式中：Zf—地基土設(shè)計(jì)凍深，m；

δc—襯砌板的厚度，m；

δw—凍前底板上面的水深，m。

（4）地表凍脹量h 。

對于粉質(zhì)粘土：

式中：h—地表凍脹量(cm)；

Zd—設(shè)計(jì)凍深(cm)，當(dāng)用于計(jì)算地基土凍脹量hf時，應(yīng)采用地基土設(shè)計(jì)凍深Zf；

Zw—凍前（凍結(jié)初期）天然地表或設(shè)計(jì)地面高程算起的地下水位深度(cm)，當(dāng)用于計(jì)算地基土凍脹量hf時，應(yīng)采用自底板底面高程算起的地下水位深度。

（5）地基土凍脹量hf。

式中：hf—地基土凍脹量，cm；

h—地表凍脹量(cm)；

Zf—地基土設(shè)計(jì)凍深，m；

（6）置換深度Ze。

ε—置換比（%），可結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，參照（SL23-2006）表。

由于支渠和斗渠渠線走向基本為WN-ES方向，因此統(tǒng)一對支、斗渠進(jìn)行抗凍脹計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果見表1，碎石置換層厚0.3m可完全滿足抗凍脹要求。

表1 渠道抗凍脹設(shè)計(jì)基本參數(shù)計(jì)算表

3 結(jié) 語

渠道防滲可以減少渠道水的滲漏，節(jié)約用水，提高水的利用效率，緩解水資源緊缺矛盾。通過對渠道凍脹危害處理，可以減少凍脹危害對渠道防滲造成的危害，使防滲渠道使用時間更長。因此對該渠道進(jìn)行防凍脹處理時非常有必要的。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.019

TV672

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1008-1305（2014）05-0055-02

羅 帆（1982年-），女，工程師。