(一)永刚分干渠二闸上渠道边坡冻胀规律及特征
图3-16 为1999~2000年冻融周期永刚分干渠混凝土衬砌渠道对比段和保温处理段阴坡上部(自顶向下第二块板)、中部(自顶向下第四块板)、下部(自顶向下第六块板)冻胀变形过程线。该图反映了坡面不同位置、不同处理的冻胀量变化情况。由图3-16可见,在边坡面板下采用保温处理对冻胀都有一定程度的抑制作用,边坡上部和中部,面板下铺设4~8cm和5~10cm两种不同保温处理时,面板基本上没有变形,采用3~5cm保温处理时最大冻胀量仍有2.9cm,说明后一保温处理的保温层厚度偏小。边坡下部,由于受渠底冻深及齿墙冻拔的共同影响,面板下铺设4~8cm和5~10cm两种不同保温处理,仍有3.7cm、2.4cm的冻胀变形,采用3~5cm保温处理的最大冻胀变形量达7.9cm。在消融后期,边坡上、下部面板仍有1~2cm 残余变形,且下部残余变形大于上部残余变形。
图3-17为1999~2000年冻融周期永刚分干渠衬砌渠道对比段和保温处理段阳坡上、中、下部冻胀变形过程线。由图3-17可见,在阳坡的上、下部面板同样受顶部双向冻结和坡角下部冻深及齿墙冻拔的共同影响,保温板防冻胀效果未能充分体现。而且由于土质的差异,第一块板冻胀变形量甚至超过了对比段,而在边坡的中、下部保温板的防冻胀效果就比较明显,采用3~5cm保温处理的最大冻胀量只有0.4cm,采用0~3cm保温处理的最大冻胀量为1.4cm。对比段在冻结过程中呈现冻缩现象,且在消融阶段融沉变形加大,造成了不可复位的坡面塌陷。从对比段的整个坡面看,坡面上、下部变形极不均匀。
永刚分干渠1999~2002年冻胀试验观测资料表明,在自然条件下,无措施段与不同厚度保温层处理段的冻胀量也各不相同。三个冻融周期渠道边坡各测点冻胀量观测成果见表3-13。
表3-13 永刚分干渠边坡各测点冻胀量观测值 (单位:cm)
由图和边坡冻胀量观测表反映出,基础采用不同厚度保温板以后,对冻胀的削减程度也不同,在地下水位相同和一定的试验条件下,无措施段与不同厚度保温板渠段的同一对应部位的冻胀过程及冻胀量有所不同,同一对应位置阴、阳坡冻胀量有差异;同一对应位置不同厚度保温处理冻胀量有差异。
永刚分干渠为东西走向,阴、阳坡日光照射强度不同,其阴、阳坡的温度差异造成阴、阳面冻深和冻胀量差异很大。根据1999~2000年永刚分干渠阴、阳坡及上、中、下部位的最大冻胀量观测资料,在永刚分干渠无措施段阴、阳坡最大冻胀量上部相差1.8cm,中部相差3.3cm,下部相差8.4cm。永刚分干渠不同厚度保温板削减冻胀量和削减百分数见表3-14。永刚分干渠阴坡上部铺设3cm、4cm、5cm厚保温板,与无措施对比段相比,冻胀量分别减少1.4cm、2.5cm、2.7cm,冻胀量分别削减52%、93%、100%;中部铺设5cm、8cm、10cm厚保温板,冻胀量分别减少3.1cm、5.8cm、6.0cm,分别削减52%、97%、100%;下部铺设5cm、8cm、10cm厚保温板,冻胀量分别减少5.1cm、9.3cm、10.6cm,分别削减39%、72%、82%。阳坡上部铺设3cm厚保温板,冻胀量减少0.7cm,冻胀量削减78%;阳坡中部铺设5cm厚保温板,冻胀量减少2.5cm,冻胀量削减93%;阳坡下部铺设3cm、5cm厚保温板,冻胀量分别减少2.9cm、3.5cm,冻胀量分别削减63%和76%。
表3-14 永刚分干渠不同厚度保温板削减冻胀量和削减百分数
由表3-13、3-14 中显示的数据看,由于上部封顶板和下部齿墙没有采取保温措施,上、下部面板受顶部双向冻结和坡角下部冻深及齿墙冻拔的共同影响,保温板防冻胀效果未能充分体现,而且由于土质的差异,上部第一块板冻胀变形量甚至超过了对比段,这种影响程度随着边坡距堤顶的距离增大而减小。
(二)西济支渠衬砌渠道边坡冻胀规律及特征(www.xing528.com)
图3-18 为1999~2000年西济支渠衬砌渠道边坡阴坡上、中、下各部位冻胀量过程线,由图3-18(a)可见西济支渠阴坡上部铺设保温板后防冻胀效果比较明显,堤顶受双向冻结的影响,4~8cm 厚保温处理段,冻结期最大冻胀量仍有0.6cm 左右;3~5cm 厚保温处理段冻结期最大冻胀量为0.5cm;对比段冻结期最大冻胀量达4.0cm。在阴坡中部[图3-18(b)],对比段冻结期最大冻胀量为5.2cm;0~5cm(下半坡铺设)保温处理段,受双向冻结的影响,冻胀量的发展与对比段基本同步,冻胀量的峰值相差不大(0.4cm);3~5cm 厚保温处理段冻结期最大冻胀量为1.0cm;4~8cm 厚保温处理段有0.9cm左右的冻胀变形,基土消融后都能复位,无残余变形。阴坡下部[图3-18(c)],对比段冻结期最大冻胀量为4.4cm,基土消融后有融沉变形量,最大值为-0.8cm;0~5cm(下半坡铺设)保温处理段在稳定冻结期最大冻胀量为0.9cm,但在稳定冻结期前出现冻缩现象,冻缩变形量最大为-1.2cm,而在基土消融后又出现融沉变形为-1.2cm;3~5cm保温处理段在整个冻融周期都出现冻缩现象,冻缩变形量最大为-0.5cm;4~8cm保温处理段基本没有发生冻胀变形。
图3-18 1999~2000年西济支渠阴坡冻胀量过程线
(a)上部;(b)中部;(c)下部
图3-19 为1999~2000年西济支渠衬砌渠道边坡阳坡各部位冻胀量过程线。由图3-19(a)可见,西济支渠阳坡上部铺设保温板后,防冻胀效果比较明显,堤顶同样也受双向冻结的影响,无措施对比段最大冻胀量为3.2cm;3~5cm 保温处理段,冻结期最大冻胀量仍有0.6~0.8cm左右,在阳坡中部[图3-19(b)];0~5cm(下半坡铺设)保温处理段冻胀量为3.0cm,与对比段冻胀量的峰值相差2.4cm;其余两个3~5cm 厚保温处理段由于土质不均匀冻胀略有差异,冻结期最大冻胀量分别为0.8cm、0.2cm,基土消融后能复位,无残余变形。在阳坡下部[图3-19(c)],0~5cm(下半坡铺设)保温处理段冻结期最大冻胀量为1.2cm,与全断面保温处理段相比,冻结期最大冻胀量有一些差异;3~5cm 两个同样厚度的保温处理段冻结期最大冻胀量基本相同,最大冻胀量只有0.2cm,基土消融后能够完全复位。
西济支渠1999~2002年冻胀试验资料表明:在无措施段与不同厚度保温层处理段的冻胀量也各不相同。三个冻融周期渠道边坡各测点冻胀量成果见表3-15。
基础采用不同厚度保温板措施,对冻胀的削减程度不同,更确切地说,在相同试验条件和相同地下水位条件下,无措施段、不同厚度保温板渠段的同一对应部位的冻胀过程及冻胀量有差异,同一措施阴、阳坡冻胀也有差异。
西济支渠为南北走向渠道,阴、阳坡温差较小,其阴、阳坡最大冻胀量差异也小,无措施段阴、阳坡面最大冻胀量(三年平均值)上部相差0.6cm,下部相差0.4cm。采用不同厚度保温措施后,随着保温板厚度的增加,边坡冻胀量得到不同幅度的削减,甚至达到完全消除,西济支渠不同厚度保温板削减冻胀量和削减百分数见表3-16。阴坡上部铺设3cm、4cm厚保温板,削减冻胀量分别为52%、58%;中部铺设5cm、8cm厚保温板,削减冻胀量分别为74%、81%;下部铺设5cm、8cm厚保温板,削减冻胀量分别为89%、100%。阳坡上部铺设3cm厚保温板可削减冻胀量60%;中部铺设3cm、5cm厚保温板,削减冻胀量分别为38%、97%;下部铺设3cm、5cm厚保温板,削减冻胀量分别为85%、95%。
表3-15 西济支渠边坡各测点冻胀量观测值 (单位:cm)
表3-16 西济支渠不同厚度保温板削减冻胀量和削减百分数
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