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1、辽宁省灌区渠道衬砌试验研究,辽宁省水利水电科学研究院 建材岩土试验研究所 2014年09月,渠道是我国灌区的主要输水手段，渠道防渗衬砌是提高渠系水利用率的主要措施。由于农业灌溉用水浪费严重，特别是渠道渗漏损失的水量很大，渠道防渗抗冻技术受到越来越多的重视和积极的推广。渠道防渗效果在很大程度上取决了渠道衬砌。渠道衬砌的形式是多种多样的，从衬砌的材料来看，目前普遍采用的材料主要包括:刚性衬砌（混凝土衬砌）、膜料衬砌、土料衬砌等。在众多的衬砌形式中，又以是混凝土衬砌占主导地位。,辽宁省渠道衬砌也多是以混凝土为主，但斗渠以下级别的渠道衬砌比例就比较小，多为土渠，渗漏量极大，已衬砌渠道投入运行年限较短，
2、易损毁，且破坏后不进行维修管护，长时间影响渠道输水能力；已衬砌渠道结构形式单一，衬砌质量参差不齐。混凝土质量往往达不到要求，抗冻胀能力不足，运行1至2年便发生冻胀破坏。 辽宁省水利水电科学研究院于2010年向水利部申报了“辽宁省中部地区水稻节水技术集成与示范”项目。项目获得水利部公益性行业科研专项资助，其中有一个子课题内容即“新型渠道防渗技术研究”。,选择试验灌区,辽东地区的丹东市东港灌区 辽西地区的盘锦市大洼灌区 辽中地区辽阳市辽阳灌区 辽北地区的沈阳市浑北灌区 辽北地区的开原市开原灌区,灌区试验段渠道衬砌结构布置数量,东港灌区十一支渠,东港灌区十一支渠,东港灌区九支渠,东港灌区十一支东五斗
3、渠,东港灌区十一支东五斗渠,东港灌区九支西二斗渠,盘锦灌区,辽阳灌区,沈阳灌区,开原灌区,东港灌区九支渠,苯板保温结构,苯板保温结构,东港灌区十一支东五斗渠,苯板保温结构,苯板保温结构,东港灌区九支西二斗渠,盘锦斗渠,苯板保温结构,苯板保温结构,东港灌区十一支渠,土工格室结构,土工格室结构,辽阳斗渠,沈阳斗渠,土工格室结构,土工格室结构,试验用土工格室物理力学性能,土工格室结构,土工格室结构,土工格室张拉设备,土工格室结构,土工格室结构,由于土工格室为柔性材料，在混凝土浇筑过程中，如工艺处理不当，往往引起格室网格的变形，既影响了格室图案的外观效果，也对格室混凝土结构有一定影响；旧式的角钢焊接而
4、成的张拉装置框架整体刚度不够，容易变形，影响施工质量；由角钢焊接成的框架的重复使用率不高，清洁起来比较困难；一套张拉装置只能对应相应规格的格室网格，需要制作多种规格的多套装置才能满足施工要求，加大了施工成本；由于张拉装置为固定尺寸的角钢焊接而成，无法针对不同作业面来进行自由拓展和收缩；只能做上下方向的撑拉，左右方向无法撑拉。,土工格室张拉设备可调式伸张架,土工格室结构,土工格室结构,组合式土工格室张拉装置，包括有三向连接装置、组合方钢连接段、固定杆式滑块和可调杆式滑块，所述的组合方钢连接段与四个三向连接装置组装成四边形框架，四边形框架的下边框与左边框上设置有固定杆式滑块，固定杆式滑块的上部焊接
5、有张拉杆；四边形框架的右边框与上边框上设置有可调杆式滑块，可调杆式滑块的上方并列设置有固定螺丝杆座和移动螺块，螺丝杆的一端穿过移动螺块后与固定螺丝杆座相连，螺丝杆的另一端与调节手柄相连，移动螺块上焊接有张拉杆。 具有安装便捷，尺寸可调，可多次重复利用，刚度好不易变形，保证施工质量等优点。,固定杆式滑块,可调杆式滑块,三向连接装置,三向连接装置中的 内插口与外插口对插,土工格室结构,土工格室结构,土工格室张拉设备可调式伸张架,土工格室结构,土工格室结构,土工格室张拉设备可调式伸张架,三向连接装置1、 组合方钢连接段2、 固定杆式滑块3、 可调杆式滑块4、 调节手柄5、 连接卡扣6、 弹簧7、 张
6、拉杆8、 内插口9、 外插口10、 连接卡扣套管11、 移动螺块12、 固定螺丝杆座13、 螺丝杆14、圆形卡口15、 四边形框架16、上边框161、 下边框162、左边框163、 右边框164、卡扣17,固定杆式滑块,可调杆式滑块,三向连接装置,三向连接装置中的 内插口与外插口对插,东港灌区十一支东五斗渠,预制板护坡结构,预制板护坡结构,开原斗渠,预制板护坡结构,预制板护坡结构,沈阳斗渠自制预制板,预制板护坡结构,预制板护坡结构,预制板护坡结构,预制板护坡结构,沈阳斗渠自制预制板,渠底40cm砂石垫层+23cm边坡稻草帘 +10cm现浇钢筋混凝土,其它渠道衬砌结构东港十一支渠,40cm复合土
7、工膜包渠底土（两布一膜）+20cm边坡砂石垫层+10cm现浇钢筋混凝土,坡脚浆砌石齿墙+边坡40cm砂石垫层+10cm现浇钢筋混凝土护坡,40cm砂石垫层+8cm现浇钢纤维混凝土,20cm砂石垫层+8cm现浇钢筋混凝土,砂石垫层（渠底60cm，阴坡5070cm，阳坡3050cm）+8cm现浇钢筋混凝土,其它渠道衬砌结构东港十一支东五斗渠,辽阳斗渠 现浇7cm钢纤维混凝土,钢纤维混凝土,聚丙烯纤维混凝土,其它渠道衬砌结构辽阳斗渠,沈阳斗渠 渠底40cm复合土工膜包土（两布一膜）+8cm现浇钢筋混凝土,开原斗渠 10cm现浇弧形坡脚素混凝土,开原斗渠 膨润土防水毯（5kg/m2）+丙乳砂浆,其它渠
8、道衬砌结构沈阳、开原斗渠,U型槽配合比试验,将试验用地温观测管如图所示埋入渠基土中，埋入深度为40cm和80cm。冻深观测管与地温观测管埋设方法相同，管内装有注满水的乳胶管，测量时使用卷尺记录乳胶管内水的冻结长度。,渠道观测,冻胀量采用相对测量法，取距坡脚1/3处做为坡面冻胀观测点并用钢钉固定，渠底观测点取渠底的中心点。冻胀量观测用基准点埋设在试验渠段的渠堤上，露出的钢筋埋设深度要大于土壤冻层，钢筋底部与一块5050cm钢板焊接固定。为保证钢筋不受渠堤土的冻胀变形影响，将其套入填满甘油的PVC管中。,渠道观测,1,2,3,4,沈阳斗渠打地下水位观测井,取土测量含水率,渠道观测,观测地温,观测冻
9、深,渠道观测,冻胀量观测,渠道观测,各灌区渠道渠基土物理性质试验成果,为更好的了解试验段渠基土的情况，冻胀开始前取渠底1m深处渠基土进行了物理性质试验。试验结果表明，灌区试验段土壤均属冻胀性粘土，具体见表。,苯板在渠道衬砌中的应用研究,试验用苯板物理力学性能,苯板保温衬砌结构形式,苯板在渠道衬砌中的应用研究,九支渠40cm深渠基土壤地温 （1）东坡；（2）渠底；（3）西坡,（1）,（2）,九支渠80cm深渠基土壤地温 （1）东坡；（2）渠底；（3）西坡,（1）,（2）,（3）,（1）,（2）,（1）,（2）,（1）,（2）,（3）,（1）,（2）,渠基土温度变化东港,（1）,（2）,（1）,（
10、2）,（1）,（3）,（2）,（1）,（2）,（3）,（2）,（1）,（1）,（2）,（3）,（3）,（2）,（1）,（3）,（1）,（2）,（3）,（1）,（2）,九支西二斗渠40cm深渠基土壤地温 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,九支西二斗渠80cm深渠基土壤地温 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,渠基土温度变化东港,（3）,（1）,（2）,（3）,（1）,（2）,十一支东五斗渠40cm深渠基土壤地温 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,十一支东五斗渠80cm深渠基土壤地温 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,渠基土温度变化东港,渠基土冻深变化东港,（3）,（1）,（2）,九支渠各结
11、构渠基土壤冻结深度 （1）东坡；（2）渠底；（3）西坡,（3）,（1）,（2）,九支西二斗渠各结构渠基土壤冻结深度 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,渠基土冻深变化东港,渠基土冻胀量变化东港,九支渠苯板保温结构各观测点渠基土冻胀量,九支西二斗渠苯板保温结构各观测点渠基土冻胀量,渠基土冻胀量变化东港,十一支东五斗渠苯板保温结构各观测点渠基土冻胀量,渠基土冻胀量变化东港,（a）,（b）,不同苯板厚度下渠基土平均地温值 （a）40cm深渠基土地温值；（b）80cm深渠基土地温值,不同苯板厚度下渠基土最大冻深值,不同苯板厚度下渠基土最大冻胀量,根据3组曲线斜率的变化情况，同时结合各苯板保温结构的观测
12、数据，最终将适宜东港灌区的苯板保温板厚度确定为6cm。如考虑节省造价，可将渠道北坡（即阳坡）部位的苯板厚度适当减少1cm 2cm。,渠基土冻胀量变化东港,渠基土温度变化盘锦,各结构40cm深渠基土壤地温 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,（1）,（2）,（3）,（3）,（2）,（1）,各结构80cm深渠基土壤地温 （1）南坡；（2）渠底；（3）北坡,渠基冻深变化盘锦,（1）,（2）,各结构渠基土壤冻结深度 （1）南坡；（2）北坡,渠基冻胀量变化盘锦,盘锦斗渠苯板保温结构各观测点渠基土冻胀量,2010-2014年苯板结构观测数据,2010-2014年苯板结构观测数据,九支结构一东坡40cm深地
13、温,九支结构三东坡40cm深地温,九支西二斗结构二南坡80cm深地温,九支西二斗对比段南坡80cm深地温,十一支东五斗结构一北坡80cm深地温,采用苯板保温结构后，40cm深渠基土温度可提高0.04-4.27，80cm深渠基土温度可提高0.16-5.22。苯板的保温效果除了与厚度有关，还与苯板应用的位置有关，东西边坡苯板厚度每增加1cm可提高渠基土温度0.64。南边坡苯板厚度每增加1cm可提高渠基土温度0.93，北边坡苯板厚度每增加1cm可提高渠基土温度1.22。,（1）阴坡,（2）阳坡,苯板厚度与渠基土平均地温提高值之间的关系曲线,2010-2014年苯板结构观测数据,试验数据证明，苯板可明
14、显提高渠基土的地温，这是由于苯板很好的隔热作用，可有效减缓渠基土与外界的热交换速度，使渠基土在冻结过程中温度速率降低缓慢，减少渠基土冬季处于负温的时间，苯板越厚，保温效果越明显。苯板厚度与地温提高值之间的关系见拟合曲线。图中大部分曲线斜率基本相同，说明渠基土地温随着苯板厚度的增加其增长速率4年无明显改变，说明了苯板材料的保温性能具有持续性。,2010-2014年苯板结构观测数据,2010-2014年苯板结构观测数据,以九支西二斗渠为例，冻胀量与冻深之间的关系曲线见图，图中为6cm厚苯板保温结构，对比结构渠基土冻胀率为6.8%，而苯板结构冻胀率小于对比结构，说明苯板材料可以减小渠基土冻胀率，且观
15、测数据表明，苯板厚度越大，冻胀率越小。,冻胀量与冻深之间关系曲线,2010-2014年苯板结构观测数据,九支结构一南坡冻胀量,九支西二斗结构二南坡冻胀量,十一支东五斗结构三南坡冻胀量,对比段最大冻胀量达14.5cm，采用苯板保温结构后，东西边坡4cm、6cm、8cm厚苯板削减冻胀分别为32.1%，72.8%，80.5%。南坡6cm、8cm、10cm厚苯板削减冻胀分别为40.2%，66.6%，87.8%。北坡3cm-8cm厚苯板削减冻胀分别为68.1%-90.8%。渠底4cm、6cm、8cm、10cm厚苯板削减冻胀分别为45.7%，51.6%，68.8%，81.3%。6cm厚苯板材料基本可以将冻胀量控制在3cm以下。从曲线可以明显看出当苯板厚度大于4cm时，渠基土的冻胀量有了明显的减小，且4年的观测数据说明，削减冻胀能力并未随着苯板的使用年限增加而减小，说明苯板材料抗冻胀能力具有耐久性。,结构一断面温度场分布,结构一断面总等效应变等值线,结构一断面总冻胀变形等值线,结构二断面温度场分布,结构二断面总等效应力等值线,结构二断面总冻胀变形等值线,九支渠,土工格室在渠道衬砌中的应用研究,试验段分布,渠基冻胀量变化东港,其它衬砌结构观测数据,其它衬砌结构观测数
