本发明涉及渠道工程
技术领域：
，具体涉及一种聚苯乙烯板用于模袋混凝土渠道防冻胀的方法。
背景技术：
：河套灌区属于温带大陆性干旱、半干旱气候带。冬季漫长寒冷，为季节冻土区。基土冻融过程一般在10月中旬封冻，翌年5月下旬融通，个别年份可至6月上旬融通，形成一个冻融周期。冻结历时180d～240d左右，冻结指数为536～3450℃·d，渠道基土多为壤土和粉质壤土，属强冻胀性土壤，受灌溉水的影响，地下水位较高，由于受气温、土质、地下水位等方面原因的影响，灌区成为冻胀强烈的区域。由于负温的作用，混凝土板衬砌渠道在未采取任何防冻胀措施保护的情况下，经过几个冻融周期的反复交替，灌区已建的衬砌渠道与防渗工程都不同程度地遭受到冻胀破坏，渠道冻胀破坏严重，衬砌渠道混凝土面板大量出现了架空、隆起局部坍塌等破坏现象的发生，每年经过冻融周期后需要投入大量的人力与经费来进行维修重建，不仅影响了工程的正常运行，增加了工程管理维修的难度和费用，也影响了渠道防渗效果和使用寿命，有些渠段甚至完全失去了防渗作用。河套灌区1979～1980年间，在解放闸灌域杨家河干渠33+400―34+400处及其下属的支渠和园子渠开展的十几公里衬砌渠道工程，以及1999年在永济灌域永刚分干渠、西济支渠的十几公里衬砌渠道工程中，基本未采取任何渠道衬砌防渗措施。经过2～3年的冻融循环，经观测产生了严重的冻胀破坏，表现为隆起、架空、局部坍塌，最终全断面滑坡坍塌，除西济支渠个别段落情况较好外，其余已衬砌的渠道现已全部报废。渠道报废的主要问题在于，河套灌区为季节性冻土地区，渠道土质为强冻胀性土壤，地下水埋深较浅，冻前土壤含水量较大等原因所造成。近年来，模袋混凝土在河套灌区骨干渠道节水改造工程中已作为主要材料，并已在南边分干渠、杨家河干渠等多条骨干渠道中运用，模袋混凝土衬砌渠道具有施工方便、工程时间短、省时、省工等优点，但是渠道冻胀、破坏的问题难以解决。当模袋砼渠道运行3-5年后，普遍出现架空、产生裂缝、表面剥蚀、局部坍塌等问题。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供了一种聚苯乙烯板用于模袋混凝土衬砌渠道防冻胀的方法。本发明提供了一种聚苯乙烯板用于模袋混凝土衬砌渠道防冻胀的方法，包括以下步骤：s1、施工准备：将铺设模袋的渠床底基土压实，平整渠坡；s2、铺设聚苯乙烯板：在渠坡平整后，在渠坡面上铺设聚苯乙烯板，聚苯乙烯板的厚度为4-12cm；s3、模袋混凝土施工：在聚苯乙烯板上铺设模袋，将相邻模袋缝合在一起，混凝土充灌前先将模袋用水浸湿，然后向模袋内灌注混凝土，灌注时应该先灌注渠坡封顶下的倒齿墙，饱满后至上而下顺流进行灌注，模袋混凝土的厚度控制在8-15cm。较佳地，模袋混凝土厚度为8cm时，聚苯乙烯板铺设厚度为10-12cm。较佳地，模袋混凝土厚度为12cm时，聚苯乙烯板铺设厚度为6-8cm。较佳地，模袋混凝土厚度为15cm时，聚苯乙烯板铺设厚度为4-6cm。较佳地，混凝土的塌落度宜控制在18～22cm，水灰比为0.5～0.55。较佳地，步骤s1中渠坡误差不超过±2cm。较佳地，步骤s3中，混凝土灌注采用混凝土汽泵，灌注时将混凝土汽泵连接的灌注软管插入模袋颈口内10cm～15cm，用棉纶布扎紧，吹填时应该先吹填倒齿墙，饱满后至上而下顺流进行吹填。较佳地，步骤s3中铺设模袋时每块模袋纵向和横向各预留其6％的收缩余量。与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用本发明技术，可使得北方季节性冻土地区模袋混凝土渠道冻胀量显著减小。其中8cm模袋混凝土渠道铺设4-12cm保温板，使得基土冻胀量减小50％-90％；12cm模袋混凝土渠道铺设4-8cm保温板，使得基土冻胀量减小57％-85％；15cm模袋砼渠道铺设4-6cm保温板，使得基土冻胀量减小80％-90％。8cm模袋砼下铺设4-12cm聚苯乙烯板总积温增温为287.31％-603.95％，12cm模袋砼下铺设4-8cm聚苯乙烯板总积温增温为261.64％-375.99％，15cm模袋砼下铺设4-6cm聚苯乙烯板总积温增温为41.73％-78.42％。表明8cm模袋砼下铺设4-12cm聚苯乙烯板和12cm模袋砼下铺设4-8cm聚苯乙烯板基土地温均有显著提高，而15cm模袋砼下铺设4-6cm聚苯乙烯板总积温增效果并不显著。每厘米模袋砼可以提高地温0.25℃。模袋砼厚度增加，基土地温增温效果并不显著，而每厘米聚苯乙烯板可提高地温0.52℃。铺设聚苯乙烯板的增温效果较为显著。在模袋混凝土衬砌渠道中铺设聚苯乙烯板不仅可以减小渠道基土冻胀变形，抑制产生冻胀破坏，还可以延长渠道使用寿命，减少渠道维修成本。附图说明图1为本发明的渠道断面结构示意图；图2为本发明不同模袋砼处理最大冻胀量分布图；图3为本发明8cm模袋砼条件下不同厚度保温板最大冻胀量分布图；图4为本发明12cm模袋砼条件下不同厚度保温板最大冻胀量分布图；图5为本发明15cm模袋砼条件下不同厚度保温板最大冻胀量分布图；图6为本发明8cm模袋砼下保温板厚度与板下最低温度的关系图；图7为本发明12cm模袋砼下保温板厚度与板下最低温度的关系图；图8为本发明15cm模袋砼下保温板厚度与板下最低温度的关系图。附图标记说明：1.模袋混凝土，2.聚苯乙烯保温板，b—渠顶宽；h—设计水位；m—边坡系数；b—渠底宽。具体实施方式下面结合附图1-8，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。混凝土材料准备:水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，掺用粉煤灰采用ⅱ级粉煤灰，密度为2.20t/m3，参用量不应大于15％，砂子选用中砂，最大粒径宜为20mm。对有抗冻要求的，水灰比选用0.4～0.5。当有抗冻要求时应再掺加引气剂，或掺用引气减水剂，掺用引气减水剂不应大于0.2％，对有抗冻性要求的混凝土适宜的含气量为3％～6％，但对抗冻等级大于f150者宜选用引气剂+减水剂，以保证有较高的抗冻性。化纤模袋充填混凝土的水泥用量300kg/m3～400kg/m3，掺用粉煤灰不应大于15％，使胶凝材料用量达到400kg/m3～450kg/m3。拌制的混凝土要具有良好的和易性和流动性，拌和好的混凝土应作塌落度试验，塌落度宜控制在18～22cm之间，水灰比0.5～0.55。实施例1一种聚苯乙烯板用于模袋混凝土渠道防冻胀的方法：具体如下，s1、施工准备模袋的铺设渠床底基土压实、平整渠坡。当气温低于4℃时，不应进行混凝土作业。修坡误差不能超过±2cm，否则超过部分用砂浆回填。s2、铺设保温板在渠坡平整后，将聚苯乙烯保温板均匀、对齐铺设于渠坡面，聚苯乙烯保温板的厚度根据模袋混凝土浇筑厚度而定；8cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为4cm。如附图1所示，将聚苯乙烯板2铺设在渠坡面上，膜袋混凝土1位于聚苯乙烯板2上。s3、模袋混凝土施工：将模袋布展开，灌入口朝上，检查模袋布表面。是否有无破损、脱线，另需检查模袋尺寸是否满足设计要求，模袋布的底端拉向坡脚，进行理顺、整平。严禁偏斜、褶皱。在铺设模袋时每块模袋在纵向和横向提前预留其6％的收缩余量。将相邻块模袋布缝合成一体。每次铺设100m，方便对缝。缝制时每4m设一道横向伸缩缝，对于全断面衬砌渠道，在渠中设一道整体通缝。混凝土灌注口制定在封顶下的倒齿墙上。在吹填时人工调整模袋横纵缝，使模袋吹填完成后横纵缝平直。将拌制好的混凝土运送到施工现场后，采用混凝土汽泵直接进行灌注。单向灌注长度为35m之内。在浇筑时不宜出现半袋、平袋等吹填不饱满情况。充灌混凝土必须连续进行，当膜袋内混凝土充灌将近饱满时暂停10min，待水分析出后，再灌至饱满。混凝土充灌前应将模袋用水浸湿，以防止模袋吸水，坍落度变小，从而影响混凝土的流动性。泵送混凝土开始时先用1∶1水泥砂浆润滑料斗。泵体和输送管道。为减少摩阻，充灌之前，先将软管插入模袋颈口内15cm，用棉纶布扎紧，吹填时应该先吹填倒齿墙，饱满后至上而下顺流进行吹填。现场操作人员应随时观察模袋中混凝土的流动状态，利用顶部松紧器及时调整模袋位置。模袋充灌饱满后应立即用锦纶绳封扎袋口。模袋混凝土在冲灌口留取试块，200m3混凝土留取一组，混凝土强度达到设计要求。模袋混凝土冲灌后，其顶部宽度偏差±20mm，底部高程偏差±40mm，混凝土坡面平整度不大于5mm。实施例2实施例2和实施例1的区别在于8cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为6cm；实施例3实施例3和实施例1的区别在于8cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为12cm；实施例4实施例4和实施例1的区别在于12cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为4cm。实施例5实施例5和实施例1的区别在于12cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为6cm。实施例6实施例6和实施例1的区别在于12cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为8cm。实施例7实施例7和实施例1的区别在于15cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为4cm。实施例8实施例8和实施例1的区别在于15cm模袋混凝土条件下，聚苯乙烯板铺设厚度为6cm。实施例2-8和实施例1的施工方法相同，区别仅在于模袋混凝土和聚苯乙烯板的厚度不同。采用上述施工方法，在内蒙古河套灌区杨家河干渠对不同铺设厚度模袋混凝土(8cm、12cm和15cm)，分别铺设4cm-12cm不同厚度聚苯乙烯板进行了试验，通过对不同处理下渠道冻胀量、冻深、地温、地下水位等进行监测，分析模袋混凝土下铺设保温板的抗冻胀机理，探求了适宜于河套灌区骨干渠道最佳模袋铺设厚度和聚苯乙烯板铺设厚度，提出适合河套灌区骨干渠道模袋混凝土衬砌保温防冻胀优化方案，达到了提高地温、削减与消除渠道基土冻深和冻胀量、提高模袋混凝土防冻胀效果与工程使用寿命的目的。1、不同模袋处理最大冻胀量和削减冻胀量表1-4为2016-2017年杨家河干渠东坡和西坡下坡1/3处不同模袋砼处理冻胀量特征值、削减量值和削减率表。绘制出不同模袋砼+保温板处理下最大冻胀量分布图如图2-5所示，其中，图2中a代表8cm模袋混凝土；b代表12cm模袋混凝土；c代表15cm模袋混凝土；图3中a代表8cm模袋混凝土；b代表8cm模袋混凝土+4cm聚苯乙烯板；c代表8cm模袋混凝土+6cm聚苯乙烯板；d代表8cm模袋混凝土+12cm聚苯乙烯板；图4中a代表12cm模袋混凝土；b代表12cm模袋混凝土+4cm聚苯乙烯板；c代表12cm模袋混凝土+6cm聚苯乙烯板；d代表12cm模袋混凝土+8cm聚苯乙烯板；图5中a代表15cm模袋混凝土；b代表15cm模袋混凝土+4cm聚苯乙烯板；c代表15cm模袋混凝土+6cm聚苯乙烯板。表12016-2017年不同模袋砼冻胀量特征值由表1和图2可以看出，最大冻胀量随着模袋砼厚度增大而逐渐减小，铺设8cm模袋砼下坡1/3处最大冻胀量为97.5mm(东坡)和112mm(西坡)，铺设12cm模袋砼下坡1/3处最大冻胀量为80.7mm(东坡)和92.6mm(西坡)，削减冻胀率为17.23％(东坡)和17.32％(西坡)；铺设15cm模袋砼下坡1/3处最大冻胀量为57.3mm(东坡)和67.7mm(西坡)，削减冻胀率为41.23％(东坡)和39.55％(西坡)。表22016-2017年8cm模袋条件下不同厚度保温板冻胀量特征值由表2和图3可以看出，8cm模袋砼条件下，铺设4cm保温板最大冻胀量为50mm(东坡)和54.1mm(西坡)，削减冻胀率为48.72％(东坡)和51.7％(西坡)；铺设6cm保温板最大冻胀量为32mm(东坡)和42.2mm(西坡)，削减冻胀率为67.18％(东坡)和62.32％(西坡)；铺设12cm保温板最大冻胀量为9.3mm(东坡)和11.8mm(西坡)，削减冻胀率为90.46％(东坡)和89.46％(西坡)。可见，8cm模袋砼下铺设4-12cm保温板的削减冻胀率在50％-90％左右，聚苯乙烯板的保温效果较好，推荐8cm模袋砼下铺设的聚苯乙烯板厚度为12cm。表32016-2017年12cm模袋条件下不同厚度保温板冻胀量特征值由表3和图4可以看出，12cm模袋砼条件下，铺设4cm保温板最大冻胀量为34.5mm(东坡)和38mm(西坡)，削减冻胀率为57.25％(东坡)和58.96％(西坡)；铺设6cm保温板最大冻胀量为21mm(东坡)和24mm(西坡)，削减冻胀率为73.98％(东坡)和74.08％(西坡)；铺设8cm保温板最大冻胀量为12mm(东坡)和16mm(西坡)，削减冻胀率为85.13％(东坡)和82.72％(西坡)。可见，12cm模袋砼下铺设4-8cm保温板的削减冻胀率在57％-85％左右，同样说明聚苯乙烯板的保温效果较好。综合考虑经济性和防冻胀效果，推荐12cm模袋砼下铺设的聚苯乙烯板厚度为6cm。表42016-2017年15cm模袋条件下不同厚度保温板冻胀量特征值由表4和图5可以看出，15cm模袋砼条件下，铺设4cm保温板最大冻胀量为10.7mm(东坡)和13.1mm(西坡)，削减冻胀率为81.33％(东坡)和80.65％(西坡)；铺设6cm保温板最大冻胀量为4.9mm(东坡)和6.6mm(西坡)，削减冻胀率为91.45％(东坡)和90.25％(西坡)。可见，15cm模袋砼下铺设4-6cm保温板的削减冻胀率在80％-90％左右，同样说明聚苯乙烯板的保温效果较好。综合考虑经济性和防冻胀效果，推荐15cm模袋砼下铺设的聚苯乙烯板厚度为4cm。2、不同模袋处理总积温变化规律将杨家河干渠试验段2015年11月-2016年4月和2016年11月-2017年4月不同模袋砼处理的日平均温度进行累加，得到8cm模袋砼条件下、12cm模袋砼条件下和15cm模袋砼条件下各个处理的总积温值和增温效果如表5-7所示。表58cm模袋下不同模袋砼处理总积温与增温值表612cm模袋下不同模袋砼处理总积温与增温值表715cm模袋下不同模袋砼处理总积温与增温值由上表可以看出，8cm模袋砼下铺设4-12cm聚苯乙烯板总积温增温为287.31％-603.95％，12cm模袋砼下铺设4-8cm聚苯乙烯板总积温增温为261.64％-375.99％，15cm模袋砼下铺设4-6cm聚苯乙烯板总积温增温为41.73％-78.42％。表明8cm模袋砼下铺设4-12cm聚苯乙烯板和12cm模袋砼下铺设4-8cm聚苯乙烯板基土地温均有显著提高，而15cm模袋砼下铺设4-6cm聚苯乙烯板总积温增效果并不显著。3、不同模袋砼下铺设保温板的最佳厚度理论计算统计出杨家河干渠试验段两个冻融期内8cm模袋砼下铺设的4cm、6cm和12cm聚苯乙烯板、12cm模袋砼下铺设的4cm、6cm和8cm聚苯乙烯板、15cm模袋砼下铺设的4cm与6cm聚苯乙烯板处理保温板下的平均最低温度值如下表8-10所示。表88cm模袋砼下铺设不同厚度聚苯乙烯板板下最低温度保温板厚度(cm)04612保温板下最低温度(℃)-5-2.9-2.150.47表912cm模袋砼下铺设不同厚度聚苯乙烯板板下最低温度保温板厚度(cm)0468保温板下最低温度(℃)-4.5-2.1-0.41.2表1015cm模袋砼下铺设不同厚度聚苯乙烯板板下最低温度保温板厚度(cm)046保温板下最低温度(℃)-1.7-0.481.33.1)拟合出8cm模袋砼条件下保温板厚度和板下最低温度的关系图如图6所示，得出8cm模袋砼条件下保温板厚度和板下最低温度的关系式如公式3-1所示。y＝0.4511x-4.8759公式3-1其中，x为保温板厚度(cm)，y为板下最低温度(℃)可以计算出，当y＝0时，x＝10.8即当保温板下最低温度为0℃时，计算出保温板的铺设厚度为10.8cm。所以，通过理论计算出8cm模袋砼条件下保温板下无负温时的保温板最小铺设厚度为10.8cm。3.2)拟合出12cm模袋砼条件下保温板厚度和板下最低温度的关系图如图7所示，得出12cm模袋砼条件下保温板厚度和板下最低温度的关系式如公式3-2所示。y＝0.7114x-4.6514公式3-2其中，x为保温板厚度(cm)，y为板下最低温度(℃)可以计算出，当y＝0时，x＝6.54即当保温板下最低温度为0℃时，计算出保温板的铺设厚度为6.54cm。所以，通过理论计算出12cm模袋砼条件下保温板下无负温时的保温板最小铺设厚度为6.54cm。3.3)拟合出15cm模袋砼条件下保温板厚度和板下最低温度的关系图如图8所示，得出15cm模袋砼条件下保温板厚度和板下最低温度的关系式如公式3-3所示。y＝0.4221x-1.8171公式3-3其中，x为保温板厚度(cm)，y为板下最低温度(℃)可以计算出，当y＝0时，x＝4.3即当保温板下最低温度为0℃时，计算出保温板的铺设厚度为4.3cm。所以，通过理论计算出15cm模袋砼条件下保温板下无负温时的保温板最小铺设厚度为4.3cm。所以，通过试验研究并结合理论计算，得出河套灌区骨干渠道8cm模袋砼条件下推荐的聚苯乙烯板铺设厚度为10-12cm；12cm模袋砼条下推荐的聚苯乙烯板铺设厚度为6-8cm；15cm模袋砼条下推荐的聚苯乙烯板铺设厚度为4-6cm。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页12