寧夏大跨度小U形混凝土襯砌結(jié)構(gòu)凍脹破壞試驗(yàn)設(shè)計(jì)

【摘要】針對(duì)寧夏大跨度小U形混凝土襯砌渠道凍脹破壞試驗(yàn)方案進(jìn)行討論和設(shè)計(jì)，本文首先描述了小U形混凝土襯砌渠道的研究發(fā)展。其次主要闡述了其優(yōu)化結(jié)構(gòu)——大跨度小U形混凝土襯砌渠道的設(shè)計(jì)方案，并分析設(shè)計(jì)方案的不足。最后的方案基于筆者對(duì)混凝土襯砌渠道試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)和理解得到。

【關(guān)鍵詞】混凝土；襯砌

引言

渠道作為農(nóng)田水利建設(shè)的重要組成部分之一，面廣量大，其設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量直接影響到農(nóng)田水利工程的發(fā)展與使用效果。1998年以來(lái)，全國(guó)灌區(qū)開始了較大規(guī)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、斷面流量小等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)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(jié)性凍土區(qū)受凍脹破壞嚴(yán)重，針對(duì)此問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者在襯砌板結(jié)構(gòu)方面做了大量的研究工作。在凍脹機(jī)理方面，王俊發(fā)在研究中闡述了土的凍脹機(jī)理。根據(jù)凍脹凍脹機(jī)理，李翠玲、唐少容分別對(duì)整體式、兩拼式和多拼式砼襯砌渠道建立力學(xué)模型，對(duì)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(shè)計(jì)在該灌區(qū)應(yīng)用效果良好。顧愛(ài)軍等找出襯砌最小安全厚度與斷面尺寸的關(guān)系。辛英華推出最優(yōu)的U形渠道斷面參數(shù)。關(guān)于襯砌結(jié)構(gòu)連接，張靖靜提出了承插式的連接方式。王紅雨等提出了預(yù)制渡槽式裝配U型農(nóng)渠運(yùn)用柔性榫結(jié)構(gòu)及連接支墩。

本文基于文獻(xiàn)對(duì)小U形混凝土襯砌渠道監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方案，針對(duì)其大跨度優(yōu)化結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

1、監(jiān)測(cè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)來(lái)源

李存云研究中已經(jīng)對(duì)小U形砼襯砌渠道提出了較為合理、全面的的凍脹監(jiān)測(cè)方案。本文試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)在其為基礎(chǔ)上，主要對(duì)如何實(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。通過(guò)唐少容的模擬發(fā)現(xiàn)增大襯砌板跨度有利于增強(qiáng)襯砌體的整體性和穩(wěn)定性，提高了其抗凍脹性能，故對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)有利于理論實(shí)踐結(jié)合。但在實(shí)際工程的監(jiān)測(cè)中，由于監(jiān)測(cè)對(duì)象（小U形混凝土砼襯砌渠道）已經(jīng)完工，監(jiān)測(cè)大跨度結(jié)構(gòu)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(yù)制板，在工廠加工、模具設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)對(duì)本次試驗(yàn)有重要意義。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)內(nèi)容

本方案采用鋼筋連接的方式，提高板與板之間的連接強(qiáng)度，具體方案如下：

首先通過(guò)板縫寬度、板縫數(shù)量對(duì)鋼筋的尺寸和數(shù)量進(jìn)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(cè)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(duì)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(yīng)用流變性較高的水泥漿對(duì)其封堵，以保證鋼筋和襯砌板的連接強(qiáng)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(guò)程中由于襯砌板的位移導(dǎo)致鋼筋松動(dòng)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(yàn)方案分析

本實(shí)驗(yàn)方案通過(guò)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(diǎn)不足：

（1）鋼筋與襯砌板間的連接還不夠緊密，因?yàn)殂@孔較小，水泥漿較稀，其強(qiáng)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(wěn)定性和抗凍性，但同時(shí)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(yīng)在試驗(yàn)前研究。

2、結(jié)論與展望

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案總體上相對(duì)合理，根據(jù)不同的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方案、人員和經(jīng)費(fèi)由試驗(yàn)單位自行決定，能夠基本指導(dǎo)大跨度現(xiàn)場(chǎng)布置操作和監(jiān)測(cè)研究的順利進(jìn)行。同時(shí)還有不少問(wèn)題需要優(yōu)化完善，使其具有更寬泛的價(jià)值。

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