寧夏大跨度小U形混凝土襯砌結構凍脹破壞試驗設計

【摘要】針對寧夏大跨度小U形混凝土襯砌渠道凍脹破壞試驗方案進行討論和設計，本文首先描述了小U形混凝土襯砌渠道的研究發展。其次主要闡述了其優化結構——大跨度小U形混凝土襯砌渠道的設計方案，并分析設計方案的不足。最后的方案基于筆者對混凝土襯砌渠道試驗的監測和理解得到。

【關鍵詞】混凝土；襯砌

引言

渠道作為農田水利建設的重要組成部分之一，面廣量大，其設計與施工質量直接影響到農田水利工程的發展與使用效果。1998年以來，全國灌區開始了較大規模的渠道防滲襯砌工程，其形式主要分為梯形、弧底梯形、弧形坡腳梯形和U形。U形混凝土襯砌與梯形等混凝土襯砌相比，具有結構簡單、施工方便、斷面流量小等優點。實踐證明渠道防滲襯砌能減少滲漏損失的70%～90%。寧夏由于地處季節性凍土區受凍脹破壞嚴重，針對此問題，我國學者在襯砌板結構方面做了大量的研究工作。在凍脹機理方面，王俊發在研究中闡述了土的凍脹機理。根據凍脹凍脹機理，李翠玲、唐少容分別對整體式、兩拼式和多拼式砼襯砌渠道建立力學模型，對其受力分析。在U形斷面方面，劉定民研究得°外傾角的U型渠道斷面設計在該灌區應用效果良好。顧愛軍等找出襯砌最小安全厚度與斷面尺寸的關系。辛英華推出最優的U形渠道斷面參數。關于襯砌結構連接，張靖靜提出了承插式的連接方式。王紅雨等提出了預制渡槽式裝配U型農渠運用柔性榫結構及連接支墩。

本文基于文獻對小U形混凝土襯砌渠道監測試驗方案，針對其大跨度優化結構監測試驗進行方案設計。

1、監測試驗設計方案

1.1 試驗方案設計來源

李存云研究中已經對小U形砼襯砌渠道提出了較為合理、全面的的凍脹監測方案。本文試驗監測方案設計在其為基礎上，主要對如何實現大跨度結構進行方案設計。通過唐少容的模擬發現增大襯砌板跨度有利于增強襯砌體的整體性和穩定性，提高了其抗凍脹性能，故對大跨度結構的監測有利于理論實踐結合。但在實際工程的監測中，由于監測對象（小U形混凝土砼襯砌渠道）已經完工，監測大跨度結構需替換原有襯砌，消耗大量的人力物力。在砼襯砌制作方面，由于砼襯砌板為預制板，在工廠加工、模具設計制作等方面也有很大的困難。所以如何在原有襯砌板上近似實現大跨度結構對本次試驗有重要意義。

1.2 試驗方案設計內容

本方案采用鋼筋連接的方式，提高板與板之間的連接強度，具體方案如下：

首先通過板縫寬度、板縫數量對鋼筋的尺寸和數量進行確定。鋼筋的形狀如圖1所示。

其次，如圖2所示，在板縫兩側約3-4cm鉆孔，孔徑為2cm，將鋼筋的鉚接在兩孔中。最后用水泥漿對鉆孔封堵和板縫涂刷。如圖3所示，由于放入鋼筋后鉆孔剩余空間較小，因此此處應用流變性較高的水泥漿對其封堵，以保證鋼筋和襯砌板的連接強度。板縫處水泥厚度需將鋼筋包裹在漿中，其目的是防止在凍脹過程中由于襯砌板的位移導致鋼筋松動甚至掉落。如圖4為多拼式小U形砼襯砌渠道成果圖。

2.3 試驗方案分析

本實驗方案通過提高襯砌板之間的連接，近似于增大襯砌板的跨度。但存在以下幾點不足：

（1）鋼筋與襯砌板間的連接還不夠緊密，因為鉆孔較小，水泥漿較稀，其強度還有待于提升。

（2）雖然提高襯砌板的整體性有利于提高穩定性和抗凍性，但同時也提高了混凝土襯砌板的脆性，容易使襯砌板造成損壞，故襯砌板跨度范圍應在試驗前研究。

2、結論與展望

本實驗設計方案總體上相對合理，根據不同的試驗監測方案、人員和經費由試驗單位自行決定，能夠基本指導大跨度現場布置操作和監測研究的順利進行。同時還有不少問題需要優化完善，使其具有更寬泛的價值。

參考文獻：

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