引黄调水明渠工程莱州段冻害防治措施【摘要】本文结合莱州渠段的实际情况阐述了胶东地区明渠在设计、施工和运行管理中应采取的防治冻害和冰害的措施。【关键词】明渠；冻害；防治措施胶东地区引黄调水明渠工程长159.6公里，为减少渠道输水渗漏量，对明渠采用全断面衬砌。胶东地区冬季气温低、负温持续时间长，土壤组成多为粉粒含量高的冻胀性土壤，沿线地下水位虽然不高，但输水时间主要集中在冬季，输水期间含水量相对较高，因此，输水渠在运行期间必然会出现渠床土壤冻胀现象，加上冻融和冰压力的影响，可能形成渠道衬砌的破坏。1冻害、冰害对衬砌体的破坏类型1.1衬砌结构本身抗冻性能差，在负温下冻结成冰，体积膨胀引起的应力超过材料强度，即产生裂缝，经多次冻融循环而破坏。1.2冰压力造成衬砌结构破坏。冬季输水期间，水体结冰，形成冰盖，随着冰层加厚，对两岸衬砌结构的冰压力也越大。在此情况下，一是衬砌结构有可能在冰压力下被直接破坏或将衬砌体推上坡，二是当水面封冻后，流冰不断堆积，形成冰塞、冰坝，减小过水断面，抬高了水位线，可能造成水流漫堤，破坏渠堤。1.3衬砌结构下面渠床基土在低温下冻结，土体膨胀，超过了衬砌结构的承载能力，造成衬砌结构开裂、隆起，反复冻融，导致衬砌结构失效。2从设计入手，防止冻害、冰害根据衬砌结构破坏类型，抗冻胀设计从如下三个方面考虑：2.1确定衬砌材料抗冻等级混凝土的抗冻等级是指混凝土在水饱和状态下，能经受多次循环冻融而不破坏，同时也不严重降低强度的性能，根据明渠工程设计年限要求，确定莱州胶东引黄调水明渠工程预制砼板抗冻等级采用f200。2.2渠床基土防冻胀计算规范规定：标准冻深大于10厘米的衬砌渠道和暗管、标准冻深大于50厘米的水闸、涵管等渠系建筑物，均应进行防冻胀设计，如渠坡及渠底冻胀量大于允许位移值，需采取保温措施。根据《水工建筑物抗冻胀设计规范》（sl211－98），结合莱州市气象资料对莱州输水明渠衬砌结构进行冻胀量计算如下：2.2.1冻结深度的确定１）标准冻深计算公式为：zk＝a*i00.5zk——工程地点的标准冻深（cm），i0——冻结指数，a——系数，按规定选取。莱州段i0＝201.45，a＝2.96，标准冻深为42.01cm。2）设计冻深（１）计算公式zd＝∮f*kd*kw*zkzd——工程设计冻深，cm。∮f——冻深年际变化的频率模比系数，可从规范的曲线图查得。ⅰ、ⅱ、ⅲ级建筑物按频率为5％的曲线查取。zk——工程标准冻深kd——考虑日照及遮荫的修正系数。kw——地下水影响系数。（2）日照及遮荫影响系数（kd）kd值与工程地点的气候、位置（阳面、阴面或底面）有关。kd＝a+b*ki，a，b——系数，a，b的值均可从规范所给的表中查得，ki可查规范中ki分布图。（3）地下水影响系数（kw）渠道断面各点的冻胀程度取决于土中含水量的高低，地下水位低于渠底但小于临界水深，在毛细管力的作用下，地下水上升，渠底和渠坡都发生冻胀，渠道输水时，在冰面附近的渠坡冻涨力最强。kw＝（1+ae-zwo）/（1+ae-zwi）zwo——附近气象站地下水位深度（m）zwi——计算点的地下水位深度（m）a——系数，见表1。表1（4）设计冻深值h0＝42.01，∮f＝1.34，kd、kw的值随不同地点取值不同。根据选取的典型断面计算结果，胶东地区输水明渠莱州段设计冻深阳面在42.21～53.47厘米，底面60.22～64.72厘米，阴面73.16～81.61厘米。2.2.2冻胀量的确定土的冻胀量可分地表冻胀量和基础下冻土层冻胀量。由于渠道衬砌板自重小，又无外加荷载，因此设计中可仅考虑地表冻胀量，而不考虑基础底下地基土冻结层的冻胀量。地表冻胀量大小与负温、土质、水分有关。粘性土冻胀量大，砂性土冻胀量小；地下水埋深浅冻胀量大，埋深大冻胀量小。根据设计冻深的值，冻胀量的大小可从规范查图求得。经过计算查得，莱州段胶东地区输水明渠冻胀量阳面在2.91～6.11厘米，底面5.09～7.78厘米，阴面7.07～11.68厘米。2.2.3渠道衬砌结构允许法向位移值根据规范规定，ⅰ级工程梯形断面渠道混凝土衬砌结构冻胀允许法向位移值为5mm。由上面计算结果可知，渠坡及渠底冻胀量均大于允许位移值，需采取保温措施。2.2.4削减冻胀保温措施削减冻胀可分为置换砂砾垫层、隔热保温、压实干密度、防渗排水等，其中隔热保温法具有隔热保温性能好、价格低、施工方便等优点，当前在国内、外得到了广泛的应用。1）保温材料的选择随着工业化的发展，聚苯乙烯泡沫塑料泡沫板，具有自重轻、强度高、吸水性小、抗老化、施工方便等