苯板保溫在沈陽渾蒲灌區的應用

周 明

(沈陽市水利規劃院，遼寧 沈陽 110015)

引 言

在沈陽灌區節水改造工程中，混凝土板防滲襯砌改善了渠道在輸配水過程中的跑、冒、滴、漏問題，大大提高灌溉水的利用率。但是，由于沈陽冬季寒冷，渠床土基存在凍融、凍脹等問題，使不少混凝土板襯砌遭到不同程度的破壞，直接影響了渠道正常使用壽命。對渠道而言，減免渠基土凍脹成為沈陽灌區節水改造工程中亟待解決的問題。目前，減免土基凍脹常用方法有換填土法和保溫法兩種。換填土法是在易發生土基凍脹的范圍內用非凍脹性土置換凍脹性土，對此方法的使用范圍和條件掌握不當，置換后材料周圍反濾層失效，在長期運行中受周圍原狀土中細顆粒“淤塞”而改變了置換基土的不凍脹性，以及置換料的細粒含量未達到標準要求和施工不良等原因，往往達不到置換的目的。因此，由于置換土法對換填土本身質量及施工質量等要求嚴格，從經濟和當地施工條件上考慮，沈陽地區不宜采用此法。

保溫法是在護坡下鋪設保溫材料，減免渠床土基對護坡的凍脹作用。隨著我國人工合成材料的發展和運用，越來越多北方地區的水利工程選擇苯板作為保溫材料，并在工程運用中取得很好的效果。選用苯板進行保溫，削減或消除渠床土基凍脹，施工工序簡單，并且避免大斷面開挖和回填，節約工程投資。因此，沈陽地區首次渠道護坡防凍設計選擇苯板保溫法。

1 苯板保溫分析和厚度計算

1.1 苯板性能

苯板是一種良好的隔熱保溫材料，具有導熱系數小、不透水、吸水率低、耐老化、質量輕和運輸施工方便等特點，保溫苯板技術性能指標見表1。

表1 保溫用苯板的技術性能指標

從已有工程應用來看，苯板的密度一般以不小于30kg/m3為宜。苯板吸水性對其導熱率的影響很大，設計中應采用與最大吸水率相應的導熱率。

1.2 苯板保溫防凍脹原理

地基土發生凍脹的基本條件是負溫、土質和水分，三者缺一不可。經科學研究，氣溫下降至零度以下，地下水埋深淺，土壤顆粒細時，渠道基土中水體受凍膨脹，引起基土膨脹，頂托渠道襯砌，破壞渠道。苯板保溫層鋪設在渠道襯砌與基土之間，因其導熱系數小，可有效阻止渠道基土與大氣間的熱交換，減緩土體中水體受負溫影響，提高了地溫，有效地消除或減輕渠道基土膨脹。

1.3 苯板保溫厚度計算

根據《渠系工程抗凍脹設計規范》(SL23-2006)，渠系工程的設計凍深公式:

式中:Zd—渠系工程的設計凍深(cm);

Zm—歷年最大凍深(cm)，取148cm;

φd—考慮日照及遮陰程度的修正系數;

φw—地下水影響系數;

φi—典型斷面某部位的日照及遮陰程度修正系數;

α—系數，可根據工程所在的氣候區、計算斷面的軸線走向、斷面形狀及計算點位置;

Zwi—計算點的凍前地下水水位深度(m)，可取計算點地面(開挖面)至當地凍結前地下水水位的距離;

Zwo—鄰近氣象臺(站)的凍前地下水水位埋深(m);

β—系數。

凍脹量計算公式如下:

式中:h—工程地點天然凍土層產生的凍脹量(cm);

hf—基礎結構下凍土層產生的凍脹量(cm)。

當基礎板厚度不大于0．5m時:

式中:Zf—基礎下的設計凍深(m);

δc—基礎板厚度(m);

δw—底板之上凍層厚度(m)。

《

水工建筑物抗凍設計規范》(SL211-2006)中，保溫板厚度計算引入熱阻等效原理，保溫板厚度計算公式:

式中:δx、δc—保溫板和底板的厚度(m);

R0—設計熱阻(m2·℃/W);

λx、λc—保溫板和地板的熱導率(w/

m·℃);

φd—日照及遮陰程度影響系數;

K—安全系數，可取1．1 ～1．15。

2 苯板保溫在渾蒲灌區一分干渠的應用

渾蒲灌區一分干渠設計流量7．48m3/s，加大流量9．35 m3/s，渠道斷面為梯形，渠道底寬6m，內坡系數為 1∶1．75，外坡系數為1∶1．5，采用12cm鋼筋混凝土板，下設2cm砂漿找平層，砂漿下鋪設10cm苯板保溫層。

2.1 一分干渠渠道自然條件

(1)氣候分區

灌區多年平均氣溫7．6℃，七月最熱，平均氣溫24．3℃;一月最冷，平均零下12℃。土壤最大凍土深度為1．48m。根據最冷月平均氣溫確定，灌區氣候為寒冷。

(2)土質條件

渠道沿線以粉質黏土為主，弱透水，土中粒徑小于0．075mm的土粒的質量為61%，屬于凍脹性土。

(3)地下水位和土壤水

渠道沿線地下水位位于粉質黏土中上層，粉質黏土層含水率23．3%。

2.2 苯板保溫層設計

根據《渠系工程抗凍脹設計規范》(SL23-2006)和《水工建筑物抗凍設計規范》(SL211-2006)中公式計算，陰面渠道護坡凍脹量為3．81cm，地基土凍脹級別為Ⅱ級，保溫層厚度為0．09m。考慮苯板受上部鋼筋混凝土板荷載作用，有效厚度會減小，故渠道陽面、地面和陰面均取苯板厚度為10cm。

2.3 苯板鋪設施工

渠道基面壓實平整后鋪設苯板保溫層，苯板上用2cm厚的M7．5砂漿找平，最后支模澆注鋼筋混凝土板護坡。苯板縫間可拼接也可粘接，保證苯板的連續性，施工中要防止錯位移動。由于苯板本身質地輕，表面抗壓強度低，渠道基面不平整容易架空苯板，砂漿層不平整容易使苯板受鋼筋混凝土板壓力不均勻，而使其損壞破裂，影響苯板的保溫效果，因此，施工中要對苯板上下墊層面的平整度嚴格控制。

3 結語

渠道防凍層的方法選擇，關系到工程造價和施工難易，必須謹慎選擇。已成功運用苯板保溫的工程為沈陽渾蒲灌區首次采用苯板保溫法防凍脹設計和施工提供了經驗。通過苯板保溫法在渾蒲灌區一分干渠的應用，總結實際運用經驗，將為這一防凍材料在本地灌區渠道大面積推廣應用提供借鑒。

［1］SL23-2006．渠系工程抗凍脹設計規范［S］．北京:中國水利水電出版社，2006．

［2］SL211-2006．水工建筑物抗冰凍設計規范［S］．北京:中國水利水電出版社，2006．

［3］曹永智，廖鑒萍．苯板保溫法在防凍脹設計中的應用［J］．中國農村水利水電，2003(06)．