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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，易损
2、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渠,东港
3、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；旧式的角钢焊接而成的张拉
4、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有张拉杆
5、；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、张拉杆8、内插口9、外插口1
6、0、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复合土工膜包渠底土（两布一膜）+20cm边坡砂石垫层+
7、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
8、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,观测冻深,渠道观测,冻胀量观测,渠道观测,各灌区渠道渠基土物理
9、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）,（2）,（1）,（3）,（2）,（1）,（2）,（3）,（2）
10、,（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）,九支渠各结构渠基土壤冻结深度（1）东坡；（2）渠底；（3）西坡,（3）,（1）
11、,（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
12、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
13、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
14、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,2010-20
15、14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
16、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据,施工控制要点苯板,（1）修整渠坡基土。将渠坡基土整平、压实，清除土中大块石、植物根系等杂物，压实度不应小于0.93。由于苯板强度较低，渠坡不平整会导致苯板架空产生断裂，从而影响苯板的保温效果，因此为了使苯板和坡
17、面结合紧密，施工中必须严格控制渠坡基土的平整度，坡面平整度应不大于1cm。修整渠坡基土后应在10日内立即进行下一工序，如超过10日，应对渠坡基土压实度和平整度重新检测，满足要求后可进行下一工序施工。（2）铺设苯板。苯板物理力学指标应满足要求。为了防止施工过程中苯板的错位移动，可用宽胶带粘接苯板表面，使苯板间具有连续性，铺设过程中要严禁施工人员在苯板上践踏。（3）填筑混凝土。混凝土设计强度等级不低于C20，抗冻性等级不低于F200，抗渗性不低于W6。混凝土浇筑应先坡后底，按一定的方向连续进行，再采用人工平板振动器振捣，振动器振动顺序应从下往上单方向振动，最后对混凝土表面进行人工压光处理。（4）坡
18、面混凝土养护。混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护，保持混凝土表面湿润。如果日平均气温在5以下或最低气温在0以下，需采用混凝土表面覆盖草帘子或塑料布等保温措施。,施工控制要点土工格室,（1）修整渠坡基土。将渠坡基土整平、压实，清除土中大块石、植物根系等杂物，压实度应不小于0.93。坡面平整度应不大于0.5cm。修整渠坡基土后应在10日内立即进行下一工序，如超过10日，应对渠坡基土压实度和平整度重新检测，满足要求后可进行下一工序施工。（2）土工格室接缝处理。土工格室物理力学指标满足要求。土工格室在铺设时，各片间要用细铁丝紧密缝合，确保渠坡的整体连续、稳定性。（3）张拉土工格室。人工展开土工格室，将四
19、周格室固定在张拉器上，用张拉器的调节装置将土工格室的张拉程度调节适中，使土工格室内各个格室全部张拉开，且力度不易过大。最后将张拉好的土工格室平铺在渠道边坡上（如需铺设土工膜则将土工膜平整的铺设在渠坡上以后再进行土工格室的铺设），适当调整张拉器位置，使土工格室与渠坡基土（土工膜）紧密结合，中间间隙不得大于10mm。（4）填筑混凝土。混凝土设计强度等级不低于C20，抗冻性等级不低于F200，抗渗性不低于W6。为防止土工格室受到扰动引起变形，填筑混凝土时按照由坡脚到坡顶的顺序，且要保证每一个格室内混凝土填筑的都要均匀、密实，之后再进行混凝土的振捣。全部填筑完毕后将张拉器缓慢抬起并移开，最后对混凝土表
20、面进行人工压光处理。（5）坡面混凝土养护。混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护，保持混凝土表面湿润。如果日平均气温在5以下或最低气温在0以下，需采用混凝土表面覆盖草帘子或塑料布等保温措施。,施工控制要点预制混凝土板,（1）修整渠坡基土。将渠坡基土整平、压实，清除土中大块石、植物根系等杂物，压实度应不小于0.93。坡面平整度应不大于1cm。修整渠坡基土后应在10日内立即进行下一工序，如超过10日，应对渠坡基土压实度和平整度重新检测，满足要求后可进行下一工序施工。（2）复合土工膜铺设。复合土工膜质量应保证总单位面积质量400g/m2，标称断裂强度5.0kN/m，膜厚度0.2mm。铺设时须人工穿布鞋或赤
21、脚操作，土工膜要松紧适度，力求平顺，发现破损应予更换。铺设时应从坡脚向上进行，接缝处为上游边压下游边，搭接宽度为15cm左右，土工膜搭接处用专用焊接机进行焊接，注意焊接处不得夹有泥沙等杂物。（3）预制混凝土板护坡衬砌。预制板混凝土设计强度等级不低于C20，抗冻性等级不低于F200，抗渗性不低于W6。预制混凝土板护坡一律按水平通缝、竖直错缝自下而上铺设。混凝土护坡板铺设前要清扫冲洗板周泥土，严禁带泥土挤入板缝。水平缝随砌随用砂浆勾平，竖缝可砌完一段后一次填缝勾平，填缝前应将缝内杂物清除，填缝应捣实，且深度不得小于板厚。,试验段渠道衬砌现状,东港灌区十一支东五斗渠,钢纤维混凝土,换填砂砾料,预制混凝土板,试验段渠道衬砌现状,东港灌区十一支东五斗渠,苯板,试验段渠道衬砌现状,东港灌区九支渠,苯板,换填砂砾料,试验段渠道衬砌现状,东港灌区九支西二斗渠,换填砂砾料,苯板,试验段渠道衬砌现状,盘锦灌区试验段,试验段渠道衬砌现状,辽阳灌区试验段,原设计,土工格室,钢纤维混凝土,试验段渠道衬砌现状,沈阳灌区试验段,土工格室,自制预制板,试验段渠道衬砌现状,开原灌区试验段,预制板、原设计,膨润土防水毯,谢谢各位！,
