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聚苯乙烯泡沫板在疏勒河灌区中的实验应用 　　摘 要：疏勒河灌区近年来由于渠道冻胀等问题，影响灌区的正常运行。为此，疏勒河灌区为解决灌区的冻胀问题，在部分改建渠道上试验、使用了聚苯乙烯泡沫板，但是该材料的应用并没有从根本上解决灌区的冻胀问题，经过试验发现，采用苯板的渠道依然存在冻胀破坏现象。文章经过分析渠道的抗冻胀机理，最终通过总结疏勒河灌区实施的抗冻胀试验，提出了采用聚苯乙烯泡沫板做为抗冻胀材料的改善措施。 　　关键词：疏勒河灌区;渠道;冻胀破坏;聚苯乙烯泡沫板;实验应用 　　中图分类号：TV49 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0036-02 　　1 项目背景 　　疏勒河灌区经过几十年的运行，部分渠道及渠系建筑物存在的冻胀破坏等问题，影响灌区的正常运行。在这种情况下，灌区在改建部分渠道时使用了聚苯乙烯泡沫板，通过灌区运行单位对该材料的试验、应用，发现也存在着一些问题。由于渠道冻胀主要是渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌块而形成。冻胀破坏必须具备以下三个因素： 　　①持续的负温条件。 　　②土壤中自由水和毛细水的存在，并且有通畅的水分补给通道。 　　③土壤本身的物理力学性质，包括土的颗粒组成，矿物质成份等。 　　目前疏勒河灌区渠道基本满足这三个条件，并且以中下游渠道冻胀破坏最为严重，这是因为地下水位越浅，土的冻胀量也越大。土质条件相同时，地下水埋藏深度与土体冻胀性近于反比关系。而灌区中下游地下水位埋深浅，其次由于大水漫灌，土体中自由水和毛细水的补给十分充足，这导致在冬季由于持续低温引起土体膨胀，顶托衬砌块，破坏渠道。 　　在疏勒河灌区渠道抗冻胀设计有两种方案： 　　①置换砂砾石垫层。 　　②采用聚苯乙烯泡沫塑料板。 　　由于砂砾石垫层方案运用条件已经非常成熟，所以不再论述，此次就聚苯乙烯泡沫塑料板近年来在疏勒河灌区的试验、实践进行分析。 　　2 聚苯乙烯泡沫板在疏勒河流域的试验 　　2.1 在疏勒河的第一次试验 　　2.1.1 试验设计 　　2007年在疏勒河流域双塔总干渠4+000～4+200段进行了聚苯乙烯泡沫板实验，该渠段为弧底半径0.750 m，边坡1？?X1.5，渠深2.950 m，渠口宽9.758 m，纵坡1？?X425，用12 cm厚的聚苯乙烯保温板防冻胀，上铺3cm厚MS水泥砂浆找平层，10 cm厚C20预制混凝土板衬砌。 　　对比方案为相同水力要素下总干渠4+200～25+350段采用预制C20混凝土板衬砌+砂砾石垫层防冻胀的弧底梯形渠。对渠基进行原土开挖、夯实，换填粒径3～40 mm砂砾石垫层，渠底、阴坡厚100 cm，阳坡厚80 cm，干容重≥2.0 t/m3，密实度≥75%，采用（100 g/0.3 mm/100 g）二布一膜防渗，上铺3 cm厚MS水泥砂浆找平层，10 cm厚C20预制混凝土板衬砌。同时每隔100 m增加一个直径约1.2 m的渗井，渗井穿透隔水层，开挖后回填粒径10～40 mm砾石。 　　2.1.2 试验结果 　　该试验段于2007年10初建成投入使用，2007年11月10日停水，停水时外界气温已达到-6 ℃，经历了2008年1月最低温度-30 ℃的低温考验，经过肉眼观测，在双塔总干渠4+000～4+200段没有发现冻胀破坏。但该渠段设计时没有引进先进的试验设备，只能粗略通过肉眼观测，对聚苯乙烯泡沫板在渠底的保温不能进行定量的判断。 　　2.2 在疏勒河的第二次试验 　　2.2.1 试验设计 　　2011年，第二次苯板试验在昌马东干六支渠和双塔北干七支三分支渠进行，其中昌马东干六支渠渠口宽2.11 m，渠深0.69 m，边坡系数1.25，砂砾石垫层厚度为40～70 cm;双塔北干七支三分支渠渠口宽3.53 m，渠深1.08 m，边坡系数1.25，设计流速1.25 m/s，砂砾石垫层厚度为60～30 cm;在原设计渠道断面、水利要素不变的前提下，用密度20 kg/m3保温板置换砂砾石垫层，渠道底、阴坡保温板设计厚度12 cm，阳坡厚度8 cm。自2013年9月21日开始，每旬逢1、6日上午9点至12点时段内现场观测，2014年5月15日结束观测。设置3个渠段进行试验，其中1个渠段试验为砂砾石垫层作为对比。其余2个试验段作为聚苯乙烯保温板试验，每个试验段均在渠道阴坡和阳坡的上部（77%L处，其中渠边坡长为L）、中部（50%L处）、下部（23%L处）及渠底（渠中心线处）布设变形观测点，在阴、阳坡的渠堤紧靠聚苯乙烯保温板竖直埋设土壤含水量观测孔。在阴坡、阳坡的上、下部位布置不同深度的地温观测点见表1。 　　2.2.2 试验结果 　　地温观测布置了8个点，其中阴坡不同深度布置4个点，渠底不同深度