聚苯乙烯泡沫板在疏勒河灌區(qū)中的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

趙國(guó)榮

摘 ?要：疏勒河灌區(qū)近年來(lái)由于渠道凍脹等問(wèn)題，影響灌區(qū)的正常運(yùn)行。為此，疏勒河灌區(qū)為解決灌區(qū)的凍脹問(wèn)題，在部分改建渠道上試驗(yàn)、使用了聚苯乙烯泡沫板，但是該材料的應(yīng)用并沒有從根本上解決灌區(qū)的凍脹問(wèn)題，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用苯板的渠道依然存在凍脹破壞現(xiàn)象。文章經(jīng)過(guò)分析渠道的抗凍脹機(jī)理，最終通過(guò)總結(jié)疏勒河灌區(qū)實(shí)施的抗凍脹試驗(yàn)，提出了采用聚苯乙烯泡沫板做為抗凍脹材料的改善措施。

關(guān)鍵詞：疏勒河灌區(qū);渠道;凍脹破壞;聚苯乙烯泡沫板;實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV49 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）06-0036-02

1 ?項(xiàng)目背景

疏勒河灌區(qū)經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，部分渠道及渠系建筑物存在的凍脹破壞等問(wèn)題，影響灌區(qū)的正常運(yùn)行。在這種情況下，灌區(qū)在改建部分渠道時(shí)使用了聚苯乙烯泡沫板，通過(guò)灌區(qū)運(yùn)行單位對(duì)該材料的試驗(yàn)、應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)也存在著一些問(wèn)題。由于渠道凍脹主要是渠基土受凍體積膨脹頂托襯砌塊而形成。凍脹破壞必須具備以下三個(gè)因素：

①持續(xù)的負(fù)溫條件。

②土壤中自由水和毛細(xì)水的存在，并且有通暢的水分補(bǔ)給通道。

③土壤本身的物理力學(xué)性質(zhì)，包括土的顆粒組成，礦物質(zhì)成份等。

目前疏勒河灌區(qū)渠道基本滿足這三個(gè)條件，并且以中下游渠道凍脹破壞最為嚴(yán)重，這是因?yàn)榈叵滤辉綔\，土的凍脹量也越大。土質(zhì)條件相同時(shí)，地下水埋藏深度與土體凍脹性近于反比關(guān)系。而灌區(qū)中下游地下水位埋深淺，其次由于大水漫灌，土體中自由水和毛細(xì)水的補(bǔ)給十分充足，這導(dǎo)致在冬季由于持續(xù)低溫引起土體膨脹，頂托襯砌塊，破壞渠道。

在疏勒河灌區(qū)渠道抗凍脹設(shè)計(jì)有兩種方案：

①置換砂礫石墊層。

②采用聚苯乙烯泡沫塑料板。

由于砂礫石墊層方案運(yùn)用條件已經(jīng)非常成熟，所以不再論述，此次就聚苯乙烯泡沫塑料板近年來(lái)在疏勒河灌區(qū)的試驗(yàn)、實(shí)踐進(jìn)行分析。

2 ?聚苯乙烯泡沫板在疏勒河流域的試驗(yàn)

2.1 ?在疏勒河的第一次試驗(yàn)

2.1.1 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2007年在疏勒河流域雙塔總干渠4+000～4+200段進(jìn)行了聚苯乙烯泡沫板實(shí)驗(yàn)，該渠段為弧底半徑0.750 m，邊坡1？誜1.5，渠深2.950 m，渠口寬9.758 m，縱坡1？誜425，用12 cm厚的聚苯乙烯保溫板防凍脹，上鋪3cm厚MS水泥砂漿找平層，10 cm厚C20預(yù)制混凝土板襯砌。

對(duì)比方案為相同水力要素下總干渠4+200～25+350段采用預(yù)制C20混凝土板襯砌+砂礫石墊層防凍脹的弧底梯形渠。對(duì)渠基進(jìn)行原土開挖、夯實(shí)，換填粒徑3～40 mm砂礫石墊層，渠底、陰坡厚100 cm，陽(yáng)坡厚80 cm，干容重≥2.0 t/m3，密實(shí)度≥75%，采用（100 g/0.3 mm/100 g）二布一膜防滲，上鋪3 cm厚MS水泥砂漿找平層，10 cm厚C20預(yù)制混凝土板襯砌。同時(shí)每隔100 m增加一個(gè)直徑約1.2 m的滲井，滲井穿透隔水層，開挖后回填粒徑10～40 mm礫石。

2.1.2 ?試驗(yàn)結(jié)果

該試驗(yàn)段于2007年10初建成投入使用，2007年11月10日停水，停水時(shí)外界氣溫已達(dá)到-6 ℃，經(jīng)歷了2008年1月最低溫度-30 ℃的低溫考驗(yàn)，經(jīng)過(guò)肉眼觀測(cè)，在雙塔總干渠4+000～4+200段沒有發(fā)現(xiàn)凍脹破壞。但該渠段設(shè)計(jì)時(shí)沒有引進(jìn)先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，只能粗略通過(guò)肉眼觀測(cè)，對(duì)聚苯乙烯泡沫板在渠底的保溫不能進(jìn)行定量的判斷。

2.2 ?在疏勒河的第二次試驗(yàn)

2.2.1 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2011年，第二次苯板試驗(yàn)在昌馬東干六支渠和雙塔北干七支三分支渠進(jìn)行，其中昌馬東干六支渠渠口寬2.11 m，渠深0.69 m，邊坡系數(shù)1.25，砂礫石墊層厚度為40～70 cm;雙塔北干七支三分支渠渠口寬3.53 m，渠深1.08 m，邊坡系數(shù)1.25，設(shè)計(jì)流速1.25 m/s，砂礫石墊層厚度為60～30 cm;在原設(shè)計(jì)渠道斷面、水利要素不變的前提下，用密度20 kg/m3保溫板置換砂礫石墊層，渠道底、陰坡保溫板設(shè)計(jì)厚度12 cm，陽(yáng)坡厚度8 cm。自2013年9月21日開始，每旬逢1、6日上午9點(diǎn)至12點(diǎn)時(shí)段內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，2014年5月15日結(jié)束觀測(cè)。設(shè)置3個(gè)渠段進(jìn)行試驗(yàn)，其中1個(gè)渠段試驗(yàn)為砂礫石墊層作為對(duì)比。其余2個(gè)試驗(yàn)段作為聚苯乙烯保溫板試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)段均在渠道陰坡和陽(yáng)坡的上部（77%L處，其中渠邊坡長(zhǎng)為L(zhǎng)）、中部（50%L處）、下部（23%L處）及渠底（渠中心線處）布設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)，在陰、陽(yáng)坡的渠堤緊靠聚苯乙烯保溫板豎直埋設(shè)土壤含水量觀測(cè)孔。在陰坡、陽(yáng)坡的上、下部位布置不同深度的地溫觀測(cè)點(diǎn)見表1。

2.2.2 ?試驗(yàn)結(jié)果

地溫觀測(cè)布置了8個(gè)點(diǎn)，其中陰坡不同深度布置4個(gè)點(diǎn)，渠底不同深度布置4個(gè)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)陰坡、渠底觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，除埋深在20 cm的點(diǎn)位存在個(gè)別出現(xiàn)負(fù)溫意外，其他各點(diǎn)位數(shù)據(jù)都在0 ℃以上。在氣象日觀測(cè)平均氣溫在-11 ℃時(shí)，地溫均在0 ℃以上，聚苯乙烯保溫板起到了渠基的保溫作用。

2.3 ?試驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)對(duì)昌馬東干六支渠和雙塔北干七支三分支渠進(jìn)行試驗(yàn)分析，渠道底部基礎(chǔ)沒有產(chǎn)生凍脹破壞，但是渠堤產(chǎn)生了凍脹破壞。那么如果人為的破壞產(chǎn)生凍脹的三要素，就能夠保證渠道不再產(chǎn)生凍脹，那么能做的就是置換凍脹土和減少渠坡處的水分。而如果置換凍脹土，這與之前的砂礫石墊層置換是相同的，且這種方法無(wú)法使用聚苯乙烯泡沫板，所以如果采用聚苯乙烯泡沫板，那么就不能采用置換凍脹土的方法。那么就只有采取措施破壞土壤中的水分，從而達(dá)到抗凍脹的效果。該設(shè)計(jì)在渠坡處設(shè)置一個(gè)砂井，從而將渠坡的水分收集到砂井中，當(dāng)砂井內(nèi)的水位高于渠底以上10 cm時(shí)通過(guò)防淤堵式逆止排水器將水分排到渠道，從而保證渠底以上10 cm范圍內(nèi)無(wú)水，10 cm以下部分即使有水，但是由于苯板的保溫作用，溫度>0 ℃，不會(huì)產(chǎn)生凍脹，從而從根本上解決渠道的抗凍脹問(wèn)題。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

渠道的抗凍脹問(wèn)題一直是疏勒河灌區(qū)中渠系產(chǎn)生破壞的重要原因，為了從根本上解決這一難題，疏勒河灌區(qū)運(yùn)行單位為苯板的應(yīng)用做出了巨大的努力。而苯板作為一種新型的抗凍脹材料，已經(jīng)在各大灌區(qū)內(nèi)得到實(shí)踐應(yīng)用，但是采用苯板后渠道的后續(xù)凍脹問(wèn)題仍然存在，那么如果采取措施從根本上解決由于采用苯板而導(dǎo)致的渠坡凍脹問(wèn)題，那么這將為苯板的大面積推廣有著里程碑意義。

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