苯板在嚴寒地區(qū)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(qū)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(qū)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(jù)。

苯板；嚴寒地區(qū)；基土；凍脹

1 概述

目前中國北方大部分嚴寒地區(qū)的灌區(qū)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(qū)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(fā)揮工程使用效率，在嚴寒地區(qū)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(qū)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(yōu)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(tǒng)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(xù)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(qū)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(xù)表

據(jù)試驗數(shù)據(jù)：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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(qū)的灌區(qū)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(fā)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(jiān)督，2011.

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［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.

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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。