苯板在嚴寒地區渠道工程中的選用

楊小航，楊春旗

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003）

苯板在嚴寒地區渠道工程中的選用

楊小航，楊春旗

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003）

通過對苯板在嚴寒地區渠道襯砌中的使用分析，得到采用不同厚度的苯板材料對渠道襯砌下渠基土的地溫、凍深及凍脹量的影響，為渠道襯砌工程中材料的選用提供了參考依據。

苯板；嚴寒地區；基土；凍脹

1 概述

目前中國北方大部分嚴寒地區的灌區內渠道襯砌普遍采用的一種結構形式是對基土進行換填處理，將渠道內的凍脹性土壤換填成厚砂礫料，來防止混凝土被凍壞。但由于這些地區冬季溫度過低，經過多年觀察，渠道襯砌的混凝土表面均因凍脹產生了不同程度的變形，斷裂，嚴重影響了渠道襯砌的質量，大幅縮短工程的使用年限。且換填施工時開挖量大，施工困難，施工質量又難以保證，換填厚度往往達不到要求。為了最大限度的發揮工程使用效率，在嚴寒地區急需找到可行的方法解決冬季防凍脹的問題。影響渠道基土凍脹的主要因素有2個。一是基土溫度長時間處于負溫，二是由于基土中含有過多水分，水凍結后體積膨脹，造成破壞。只要能克服任何 1個因素即可達到抗凍脹的目的。灌區選用苯板作為保溫材料，除了苯板的物理性能外，還因為苯板具有造價低廉，施工簡單等優勢。

2 苯板的選用

2.1 苯板物理力學性能

這次選用的苯板材料均采用統一標準，具體性能見表1。

2.2 選用苯板后渠基土溫度變化

苯板可明顯提高渠基土的溫度，這是由于苯板很好的隔熱作用，可有效減緩渠基土與外界的熱交換速度，使渠基土在凍結過程中溫度速率降低緩慢，減少渠基土冬季處于負溫的時間。苯板越厚，保溫效果越明顯。圖1為2010～1014年某渠道使用苯板后溫度曲線圖，表明使用苯板后隨著苯板厚度的增加溫度成正比增加。圖中大部分曲線斜率基本相同，說明渠基土地溫隨著苯板厚度的增加其增長速率無明顯改變，這就說明了苯板材料的保溫性能具有持續性。

表1 試驗用苯板物理力學性能

圖1 2010～1014年某渠道使用苯板后溫度曲線

圖2為2010～1014年某工程使用苯板后的冬季地下溫度曲線，表明使用苯板的嚴寒地區渠道工程，每年冬季基本氣溫維持在負溫以上，部分結構地溫變化情況如圖 2所示。

圖2 2010～1014年某工程使用苯板后的冬季地下溫度

2.3 選用該苯板后渠基土凍深、凍脹量變化

苯板可以提高渠基土溫度，還可以減小凍深值，對渠基土的凍脹有明顯的抑制作用，能明顯減小凍脹量。本次試驗選在甲、乙、丙3段試驗，分不同結構測試。東西邊坡選用4cm、6cm、8cm厚苯；南坡選用6cm、8cm、10cm厚苯板；北坡選用3～8cm厚苯板；渠底選用4cm、6cm、8cm、10cm厚苯板。凍深、凍脹量試驗結果見表2。

表2 不同苯板保溫結構最大凍深、最大凍脹量表單位：cm

續表

據試驗數據：試驗段東西邊坡4cm、6cm、8cm厚苯板削減凍深分別為59.5%，67.6%，70.9%。南坡6cm、8cm、10cm厚苯板削減凍深分別為57.2%，65.7%，72.0%。北坡3～8cm厚苯板削減凍深分別為35.1%～89.6%。渠底4cm、6cm、8cm、10cm厚苯板削減凍深分別為28.5%，39.6%，53.5%，64.1%。苯板保溫結構渠基土的凍深變化進程明顯變緩，且使渠基土融化期提前，融化速率加快。縮短了整個凍結期。

以乙段工程為例，凍脹量與凍深之間的關系曲線見圖3，說明苯板可以減小渠基土凍脹率，且觀測數據表明，苯板厚度越大，凍脹率越小。

圖3 凍脹量與凍深之間關系曲線

部分結構的凍脹變化情況見圖4，圖5。從曲線可以明顯看出當苯板厚度達到6cm時，渠基土的凍脹量有了明顯的減小，且2010～2014年4年間的觀測數據說明，削減凍脹能力并未隨著苯板的使用年限增加而減小，說明苯板材料抗凍脹能力具有耐久性。

3 結語

在嚴寒地區的灌區渠道工程中，選用苯板能大幅提高混凝土襯砌的使用年限，抑制冬季氣溫低對混凝土的影響，從而發揮整個工程的使用效率。雖然苯板的好處眾多，但在具體工程中應具體對待；結合工程的實際情況，選用合適的材料來提高工程質量，延長工程壽命，這是每個科研工作者努力的方向。

圖4 某段結構一的凍脹量

圖5 某段結構二的凍脹量

［1］陳雯龍.新疆混凝土防滲渠道凍脹破壞成因分析及防凍脹措施［J］.水利技術監督，2011.

［2］王利軍.混凝土渠道抗凍脹設計及防凍害措施在西北凍土地區節水工程中的應用［J］.水利規劃與設計，2009.

［3］黃曉峰.苯板在農田水利工程中的應用［J］.黑龍江水利科技，2009.

［4］宗兆博，張欣，宋立元.遼寧東港灌區渠道鋪設苯板保溫抗凍脹試驗研究［J］.中國農村水利水電，2013.

TV91

B

1008-1305（2015）04-0083-03

水利部科技推廣計劃項目（TG1507）

楊小航（1985—），女，工程師。