土工格室在遼寧地區渠道襯砌中的應用研究

宗兆博

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003）

土工格室在遼寧地區渠道襯砌中的應用研究

宗兆博

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003）

本文主要研究土工格室在遼寧地區渠道襯砌中的應用。通過設置 3 處試驗段，在每個試驗段的邊坡上分別設計了不同厚度的土工格室混凝土結構，通過大量的觀測數據分析得出了土工格室的適用條件，為工程設計提供了指導。

土工格室；渠道襯砌；凍脹；遼寧地區

據不完全統計，遼寧省大型灌區多年平均引水總量 50 億 m3，損失水量達 20 億 m3以上，相當于一個大型水庫的容量，其中 80%損失于輸、配水過程中，因此，應從浪費最為嚴重的渠道輸水角度出發，積極采取渠道防滲技術，才能提高灌溉渠系水利用系數，解決農業用水供需矛盾。遼寧省灌區渠道襯砌在冬季運行過程中均存在凍融、地基土凍脹作用的問題，使渠道襯砌表面發生不同程度的破壞，從而造成水資源的浪費。

土工格室是國際上出現的一種新型土工合成材料，材質由高分子聚合物片材經高強力焊接而成。經張拉展開后的土工格室形似一蜂窩狀的板塊結構。土工格室用于渠道邊坡襯砌時，使格室與填充混凝土一起構成一種柔性結構層，通過這種結構層來提高渠道襯砌坡面的強度和剛度，避免了坡面因凍脹引起的不均勻變形。

1 試驗段選擇

在東港、遼陽和沈陽3處試驗段設計共采用了 6 種土工格室混凝土護坡結構：1） 東港十一支渠。結構一，素土夯實+40cm 砂石墊層+土工格室混凝土護坡（50cm×50cm×6cm）+10cm 現澆鋼筋混凝土底板 φ6@250mm×250mm； 結構二，素土夯實+40cm 砂石墊層+土工格室混凝土護坡（50cm×50cm×10cm）+10cm 現澆鋼筋混凝土底板 φ6@250mm×250mm；對比結構，素土夯實+ 40cm 砂石墊層+10cm 現澆鋼筋混凝土 φ6@250 mm×250mm。2）遼陽斗渠。結構一，素土夯實+復合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護坡（35 cm×35cm×6cm）+7cm 現澆鋼筋混凝土底 板φ5@150mm×150mm；結構二，素土夯實+復合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護坡（35cm× 35cm×8cm）+7cm 現澆鋼筋混凝土底板φ5@150 mm×150mm；對比結構，素土夯實+7cm 現澆鋼筋混凝土 φ5@150mm×150mm。3）沈陽斗渠。結構一，素土夯實+復合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護坡（35cm×35cm×6cm）+8cm 現澆鋼筋混凝土底板 φ5@150mm×150mm；結構二，素土夯實+復合土工膜（兩布一膜）+土工格室混凝土護坡（35cm×35cm×8cm）+8cm 現澆鋼筋混凝土底板φ5@150mm×150mm；對比結構，素土夯實+8cm現澆鋼筋混凝土 φ5@150mm×150mm。本文以東港灌區十一支渠試驗段為主來詳細介紹。

東港灌區十一支渠為南北走向，不涉及陰陽坡，其邊坡襯砌結構為：素土+40cm 砂石墊層+土工格室混凝土板；其底板襯砌結構為：素土+40cm砂石墊層+10cm 厚鋼筋混凝土板。對邊坡設置 6cm 和 10cm 不同土工格室厚度。斷面結構形式圖 1。原設計邊坡及底板的襯砌結構（對比結構）為：素土+40cm 砂石墊層+10cm 厚鋼筋混凝土板。

圖1 東港十一支渠土工格室護坡結構圖

2 地溫觀測

地溫觀測采用埋設直讀式地溫表，分別觀測40cm 及 80cm 深處的地溫值，觀測結果見圖 2。

圖2 地溫變化過程線

不同厚度的土工格室混凝土地溫相差不大。觀測段分層地溫略高于對比結構。其中 40cm 深地溫從 1 月 1 日至 2 月 24 日持續負溫，東坡最低值-2.8 ℃，西坡最低值-1.3 ℃，觀測日期分別為 2 月 2日和 2 月 13 日。80cm 深地溫僅 2 月 13 日觀測值為負溫，該日東西坡地溫分別為-0.1 ℃和-0.2 ℃。

對比結構 40cm 深地溫出現負溫時間為 12月 20 日至 2 月 24 日，東西坡地溫最低值分別為-6.8 ℃和-2.9 ℃，觀測日期 2 月 2 日。80cm深地溫同為 2月2日觀測值最低，該日東西坡地溫分別為-0.9 ℃和-0.2 ℃，其它觀測日地溫基本保持在0℃以上。

3 凍脹觀測

在每種渠道襯砌結構上選取一個觀測斷面，根據渠道斷面大小埋設不同數量的觀測點，對觀測點的高程進行定期觀測，從而反應出每個觀測點的凍脹量。觀測結果見圖3。

圖3 土工格室結構邊坡凍脹量變化曲線

圖3 為十一支渠各結構邊坡上某點隨時間的觀測結果。由凍脹觀測結果可以看出，10cm 土工格室結構邊坡凍脹量小于對比結構，但 6cm 土工格室結構凍脹量較大，說明在東港地區采用厚度為6cm 的土工格室抗凍脹效果不佳。具體各結構最大凍脹量見表1。

表 1 東港試驗段土工格室結構最大凍脹量 cm

遼陽、沈陽試驗段凍脹量見表 2。

表 2 遼陽 沈陽試驗段土工格室結構最大凍脹量 cm

4 觀測結果分析

從凍脹量的觀測數據分析，東港試驗段 10cm厚土工格室護坡較比對比結構凍脹量削減了17.7%，遼陽試驗段 8cm 厚土工格室護坡較比對比結構凍脹量削減了 9.3%，沈陽試驗段 8cm 厚土工格室護坡較比對比結構凍脹量削減了 17.2%。試驗結果土工格室結構的抗凍脹能力在東港試驗段體現的更加明顯。

東港試驗點渠道屬半挖半填結構，遼陽、沈陽試驗點渠道均為填方結構，且渠基土均為強凍脹性土，土壤含水率較高。通過觀測，各試驗點的土工格室護坡結構中厚度較大的比普通混凝土襯砌結構抗凍脹能力強，而地溫、凍深值基本相同。由于遼陽、沈陽試驗點渠基土凍脹量普遍較大，采用土工格室結構凍脹量雖有所減少，但抗凍脹效果不如在東港試驗點的明顯。應用在東港渠道襯砌的土工格室結構格室數量多、面積大，更能體現土工格室材料的整體性，抗凍脹能力較比應用在斷面尺寸小的斗渠上要好，說明該結構應更適用于斷面尺寸大的支渠和干渠上。

［1］張忠平. 土工格室在 北引渠道護坡工程中的應用［J］.黑龍江水專學報，2004（02）.

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1002－0624（ 2014）06－0038－03

2013-12-23