岳普湖縣某渠道防凍脹設計

羅 帆

岳普湖縣某渠道防凍脹設計

羅 帆

（新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊 830049）

岳普湖縣位于新疆維吾爾自治區西南部。筆者介紹了岳普湖縣某渠道凍脹危害產生的原因及渠道進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算過程進行了闡述。

渠道；凍脹；危害；處理

1 概 述

岳普湖縣隸屬于新疆喀什地區，位于新疆維吾爾自治區西南部，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（據全國第二次土地調查—岳普湖縣第二次土地調查，包括農三師42團146.88 km2和塔什庫爾干縣塔吉克阿巴提鎮33.36km2，其中岳普湖縣面積為2947.85 km2），其中灌溉面積72萬畝。

項目區地處歐亞大陸中部，遠離海洋，屬暖溫帶大陸性氣候，其特征是干燥少雨，蒸發強烈，春季多風沙、浮塵天氣，秋季天氣較好。根據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。多年平均蒸發量為2584mm（E601型），日照時數達2500-3000h，太陽年輻射量為140kc/cm2，有效輻射能70kc/cm2。全年以靜風為主，其次是東風，南風與西南風較少，年平均風速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。凍土持續日數為105天左右，最大凍土深度82cm。

據相關研究表明：渠道的凍脹破壞是由土壤中的水、土體顆粒物理性質和負溫所致。渠道部位如果地下水埋深較淺，再加上特殊的地質條件和比較低的內部溫度，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構形式、置換渠基土等方法消除和減弱。

2 渠道防凍脹設計

該項目區位于蓋孜河沖積平原上，在區域大地構造上屬塔里木地臺南緣岳普湖洼地上，無斷裂構造發育，無不良地質現象。

項目區地形西北高東南低，自然坡降為1/3000～1/800。項目區出露的地層均為低液限粉土，不均勻系數（CU）在17.0～48.8之間，曲率系數(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，內摩擦角14.5～35.0度，粘聚力6.5～20kPa，滲透系數在4.73× 10-3cm/s，天然容重為1.44～1.6g/cm3，含水率在8.51%～34.75%。

該工程據相關地質資料分析，工程區內的地層由低液限粉土組成，根據顆分資料可知，小于0.075mm的顆粒含量一般在70% 以上，項目區土層為凍脹性土，結合《渠系工程抗凍脹設計規范》SL23-2006的判別標準，需要考慮抗凍脹設計。

依照SL23-2006規定：對季節凍土凍深大于10cm的地區，應計算渠道設計凍深等參數，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。

首先計算設計凍深，然后計算地基土設計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，距離項目區約20km,根據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82cm，因此本次設計，渠道設計凍深采用Zm=0.82m。

（2）設計凍深Zd。

根據《渠系工程抗凍脹設計規范》SL23-2006中公式3.1.3，設計凍深按下式計算：

式中：Zd—設計凍深，m ；

Zm—實測歷年最大凍深，m ；

Ψd—日照及遮陰程度影響系數，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，查圖B.1.1-1～2得Ψi=1.10。

α—系數，由表B.1.1-1查得；

ΨW—地下水修正系數；

式中：β—系數，查表B.1.1-2取值，得β=0.79。

ZWO—當地或鄰近氣象臺（站）的凍前地下水位深度，對于粉質粘土ZWO取3.0m。

ZWi—計算點的凍前地下水位深度，取3.0m。（3）地基土設計凍深。

式中：Zf—地基土設計凍深，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 。

對于粉質粘土：

式中：h—地表凍脹量(cm)；

Zd—設計凍深(cm)，當用于計算地基土凍脹量hf時，應采用地基土設計凍深Zf；

Zw—凍前（凍結初期）天然地表或設計地面高程算起的地下水位深度(cm)，當用于計算地基土凍脹量hf時，應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—地基土設計凍深，m；

（6）置換深度Ze。

ε—置換比（%），可結合當地經驗，參照（SL23-2006）表。

由于支渠和斗渠渠線走向基本為WN-ES方向，因此統一對支、斗渠進行抗凍脹計算。

計算結果見表1，碎石置換層厚0.3m可完全滿足抗凍脹要求。

表1 渠道抗凍脹設計基本參數計算表

3 結 語

渠道防滲可以減少渠道水的滲漏，節約用水，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。因此對該渠道進行防凍脹處理時非常有必要的。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.019

TV672

B

1008-1305（2014）05-0055-02

羅 帆（1982年-），女，工程師。