聚苯板保溫墊層在雙塔灌區(qū)灌溉渠道上的應(yīng)用

【摘要】本文簡(jiǎn)要分析了渠道發(fā)生凍漲破壞的主要原因，提出了應(yīng)對(duì)措施，用聚苯板材料的性能指標(biāo)和工程應(yīng)用效果說明了--聚苯材料是常規(guī)砂礫石墊層的良好替代材料。

【關(guān)鍵詞】聚苯板；替代砂礫墊層；在渠上的應(yīng)用

一、工程概況

雙塔灌區(qū)位于我國(guó)絲綢之路上的疏勒河流域中游，隸屬甘肅省酒泉市瓜州縣行政轄區(qū)，地處東經(jīng)94°49′～96°19′、北緯40°25′?40°36′，灌區(qū)多年平均溫度8.8℃，最高溫度42.3℃，最低溫度-29.3℃，平均凍土深度116cm。灌區(qū)屬于疏勒河沖擊平原，灌區(qū)土壤多數(shù)是沙壤土，地勢(shì)低洼區(qū)屬于含堿較高的堿土，總灌溉面積46.43萬畝。

二、雙塔灌區(qū)灌溉渠道的特點(diǎn)和問題

雙塔灌區(qū)灌溉用水由雙塔水庫取水，通過總干渠和干渠及以下各級(jí)渠道輸水灌溉。總干渠沿著山前洪積扇邊沿與平原區(qū)交接處布置，運(yùn)行多年基本沒有變形破壞；老灌區(qū)的骨干輸水工程和農(nóng)田灌溉工程也經(jīng)久耐用，變形破壞概率較?。恍聣ㄞr(nóng)田灌溉區(qū)和農(nóng)田高渠道低的渠段，各級(jí)渠道破壞概率非常高，3～5年一個(gè)周期。更有甚者，預(yù)制砼襯砌的改建渠道，砂礫石墊層平均厚度陰坡和渠底50cm，陽坡35cm，局部渠段在一個(gè)冬灌期后的第二年春季就嚴(yán)重破壞，渠道邊坡1：1.25的預(yù)制砼板變成了直立砼板。

三、發(fā)生問題的原因分析

渠道高頻率破壞問題，通過多方面調(diào)查、研究分析查明了破壞的原因，沿山前洪積扇與平原區(qū)交接的總干渠，渠道下部全部是砂礫石層，透水性良好，渠道滲水全部排走，該區(qū)地下水埋深在5米一下，渠道在冬季處于完全干燥狀態(tài)，所以不形成破壞；老灌區(qū)的骨干渠道，大多渠底高程高于農(nóng)田地面高程（渠高地低），渠道的滲水向下、向外流，渠坡、渠底墊層內(nèi)基本不存在水，也不形成破壞；農(nóng)田高水渠低的渠段，渠道滲水和農(nóng)田冬灌回歸水滲流到渠道墊層內(nèi)，在寒冷的冬季結(jié)冰，渠道砼預(yù)制板在冰漲壓力作用下，導(dǎo)致砼渠板破壞。新墾農(nóng)田和低洼地土壤含堿量較高，遇水液化，土體含冰體積大，變形體的體積也打，冬季在冰漲壓力作用下渠堤土體膨脹變形、墊層膨脹變形，導(dǎo)致砼渠板直立變形。

另外，雙塔灌區(qū)每條渠道灌溉控制面積達(dá)，預(yù)制塊襯砌渠道糟率大，輸水能力差，滲漏大，冬灌持續(xù)到冬季結(jié)冰為止，滲漏在砂礫墊層內(nèi)的水形成冰塊，也是渠道破壞的重要原因。

四、渠道凍漲破壞的對(duì)策

雙塔灌區(qū)渠道破壞的主要原因是寒冷的氣溫和水，兩個(gè)因素疊加在一起，使水結(jié)成冰，對(duì)渠道砼板造成破壞。氣溫越低，冰的膨脹力越大，造成的破壞越大。氣溫是大自然因素，人力無法改變；墊層內(nèi)含水，有相當(dāng)數(shù)量的渠道是無法排走的。顯然，渠道的墊層材料有缺陷，使用不合理，需要有一種材料其它性能不變，同時(shí)具備使水不變成冰的有保溫作用的材料來替代。由此，我們找到了各性能指標(biāo)都基本符合要求的聚苯板。聚苯板作為渠道傳統(tǒng)墊層的替代材料，在我國(guó)氣候寒冷的東北、西北已在使用，只是在保溫、浮力等方面技術(shù)成果性數(shù)據(jù)沒有成果，而沒有被推廣使用。根據(jù)已使用工程的使用結(jié)果調(diào)查、分析、對(duì)比、研究，得到以下結(jié)論：

1、使用聚苯板的工程屬于支渠工程，渠道斷面較小，水壓力較小，經(jīng)過核算單位面積壓力，聚苯板的力學(xué)指標(biāo)能滿足雙塔灌區(qū)渠道支渠及以下級(jí)別的渠道的力學(xué)指標(biāo)要求；2、雙塔灌區(qū)的灌溉渠道工程，各渠道開挖斷面下均沒有地下水出露現(xiàn)象，因此，不存在浮力的問題；3、選擇適當(dāng)厚度的聚苯板，能滿足渠道保溫的要求。4、選擇聚苯板做替代墊層，減小了開挖斷面，加快了墊層的施工速度，渠道渠堤被蠶食縮窄而無法開挖的難題也順利解決。

五、聚苯板保溫墊層渠道的斷面幾何尺寸和聚苯板的材料性能

1、2012年雙塔灌區(qū)在前述問題突出、集中的兩段渠道上作了聚苯板替代砂礫墊層的施工，兩段渠道均是梯形渠道，一段渠長(zhǎng)度1.78km，渠深1.22m，渠底寬0.8米，內(nèi)坡比1：1.25，渠口寬3.85m；另一段渠長(zhǎng)度2.5km，渠深1.90m，渠底寬0.8米，內(nèi)坡比1：1.25，渠口寬5.55m。

2、聚苯保溫板材料性能 聚苯板是以聚苯乙烯樹脂輔以聚合物在加熱混合的同時(shí)，注入催化劑，而后擠塑押出連續(xù)性閉孔發(fā)泡的硬質(zhì)新型環(huán)保節(jié)能型泡沫塑料板，內(nèi)部是獨(dú)立的密閉形氣泡結(jié)構(gòu)，是一種具有高抗壓、吸水率低、防潮、不透氣、質(zhì)輕、耐腐蝕、抗老化、環(huán)保、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗壓強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)性能的保溫材料，目前建筑業(yè)常規(guī)使用、良好的隔熱、保溫材料。因?yàn)樵摬牧狭己玫男阅?，為更多的行業(yè)使用，水利工程渠道保溫墊層、機(jī)場(chǎng)跑道、高速公路等工程作為防潮保溫層使用。聚苯板主要的力學(xué)指標(biāo)如下表1、表2：

雙塔灌區(qū)渠道上使用的聚苯板保溫墊層材料，通過計(jì)算、論證，20kg/m的聚苯板的各項(xiàng)力學(xué)技術(shù)指標(biāo)能滿足雙塔灌區(qū)渠道工程的力學(xué)指標(biāo)要求。陰坡和渠底采用12cm厚，陽坡采用10cm厚的聚苯板，能滿足渠道保溫的要求。

3、溫度檢測(cè)斷面檢測(cè)情況 雙塔灌區(qū)兩段聚苯板保溫墊層是作為一個(gè)試驗(yàn)段施工的，為此，設(shè)置了溫度、濕度檢測(cè)斷面，目的是在檢測(cè)斷面得出數(shù)據(jù)成果，決定后續(xù)墊層材料采用的厚度。檢測(cè)斷面在聚苯板下和深50cm處每隔50cm設(shè)置了溫度、濕度檢測(cè)設(shè)備，由于聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)很小，大自然的氣候陰、晴、雪對(duì)其影響很小，選擇平均溫度和零下最低溫檢測(cè)，溫度均在5～10C°之間，因?yàn)闄z測(cè)時(shí)間短，目前還沒有總結(jié)出自然溫度與聚苯板下溫度和自燃溫度在聚苯板體向聚苯板下傳遞的規(guī)律。

六、聚苯板替代砂礫墊層優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn) ①保溫性能好：聚苯板的良好的保溫性能（導(dǎo)熱系數(shù)0.028/m.k），是常規(guī)的砂礫石墊層沒有的。工程上使用，有效防止了凍漲破壞。與砂礫墊層比較減小了墊層厚度，也就減小了渠道的土方開挖量和墊層的回填量。②質(zhì)輕：通常聚苯板的重量是15～30kg/m，與砂礫比較大約是砂礫墊層1%的重量，大大減少了運(yùn)輸噸位，很大程度上加快了墊層的施工速度。③整體性好：易搬運(yùn)，易切割，易成型，能良好的滿足工程上各種幾何尺寸條件的需求。

2、缺點(diǎn) ①幾何尺寸變形?。合鄳?yīng)要求的渠道土方斷面精度高。②封閉性良好：浮力大，水下工程慎重使用。

七、結(jié)語

聚苯板作為渠道砂礫墊層的替代材料，在雙塔灌區(qū)渠道上使用后，通過冬灌、春灌及冬季耐凍性觀察，渠道預(yù)制砼板面沒有變形，砂漿縫也沒有裂縫現(xiàn)象，外觀良好。聚苯板作為優(yōu)良的保溫墊層材料，對(duì)于今后基礎(chǔ)不能座落在凍層以下的灌溉渠系建筑物，是一種良好的替代材料，有廣泛的使用前景。

參考文獻(xiàn)

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[2]《擠塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)》國(guó)標(biāo)征求意見稿

[3]《石墨聚苯板》國(guó)標(biāo)征求意見稿