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搜集基本资料和数据,进行抗冻胀计算

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:为此,应将渠道断面冻胀量相近范围划分成若干区段,以便进行分区段的抗冻胀计算。图7.1渠道典型梯形断面示意图7.2.2.3衬砌渠道抗冻计算我们对衬砌渠道的抗冻计算,不是关于常规渠道的断面设计、渠道防渗设计,而是对已设计渠道进行抗冻胀验算。

搜集基本资料和数据,进行抗冻胀计算

7.2.2.1 抗冻计算所需资料

(1)设计渠道的走向。

(2)拟采用的渠道断面形式。

(3)确定典型断面上的计算控制点。

(4)工程地点所在的纬度。

(5)工程设计等级。

(6)渠床地基上的颗粒分析与定名(土质分类)。

(7)渠床地基土的干密度。

(8)工程地点多年平均的冻结指数及历年最大冻深。

(9)工程地点多年稳定冻结起始日期。

(10)工程地点渠道横断面地下水深度 (应取工程地点日平均气温稳定降至0℃时前后5天内地下水位的多年平均值)。

7.2.2.2 计算控制点的确定

如果渠道断面各处土质、地下水位条件相同时,其冻胀量也大致相同。但是,往往渠道的阳坡、阴坡、渠底由于渠道的走向不同、日照不同、各地地下水位深浅不同、冻结深度不同,从而各地冻胀量会有很大差别。为此,应将渠道断面冻胀量相近范围划分成若干区段,以便进行分区段的抗冻胀计算。

在渠道各分段选择1~2个具有代表性的横断面,然后确定一些计算点,如:渠底、坡脚、坡中、坡顶等,这些计算点即称为渠道断面计算控制点。图7.1所示的渠道典型梯形断面,其中A、B、C、D、…、J 均为计算控制点。

图7.1 渠道典型梯形断面示意图

7.2.2.3 衬砌渠道抗冻计算

我们对衬砌渠道的抗冻计算,不是关于常规渠道的断面设计、渠道防渗设计,而是对已设计渠道进行抗冻胀验算。其计算过程中应当掌握的资料、数据、计算方法与步骤,分述如下。

1.基本资料

(1)渠道的典型断面(图7.1)。

(2)渠道的轴向走向:东南(ES)。

(3)工程地点的纬度:北纬D=40.5°。

(4)渠床基土定名:高液限黏质土。

(5)工程等级:Ⅳ级。

(6)渠床基土干密度:ρd=1380kg/m3

(7)工程地点多年平均的冻结指数:I0=998℃·d。

(8)工程地点多年稳定冻结起始日期:11月27日。

(9)渠道断面各控制点的地下水位(表7.2)。

表7.2 各控制点地下水位Z

2.计算内容

(1)确定控制点的原则和位置。

(2)计算工程设计冻深Hd

(3)计算各控制点的冻胀量。

(4)确定各控制点下渠床基土的冻胀性分类。

(5)确定各控制点及部位是否采取抗冻措施。(www.xing528.com)

3.计算步骤

(1)确定计算点(控制点)。确定计算点一般以断面转折点和坡面的中点为控制点,如图7.1中的A、B、C、D、…、I、J 均为控制点。对于坡面DE、FG 应至少在坡面中间设一个控制点,如图7.1中的K、L 点。渠底EF 应在中间设一控制点M。渠道走向为东南,为此DE、HI 为阳坡,FG、BC (图7.1)为阴坡,AB、CD、EF、GH、IJ 为平面。

(2)各控制点的工程设计冻深。从图7.1可以看出,该渠道断面共设控制点13个,即A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M。每个控制点工程设计冻深Hd的计算方法相同,仅以A 控制点为例,其他各点以此类推。

工程设计冻深Hd的计算公式如下

式中 Hd——工程设计冻深,cm;

Hm——历年最大冻深,cm;

ψw——地下水修正系数,可按式(7.2)计算;

ψd——日照及遮阴程度的影响系数,按式(7.3)计算;

Zwo——当地或邻近气象台 (站)的冻前地下水位深度,m,当黏土Zwo>3.0m、粉土Zwo>2.5m、砂(细粒含量≤15%)Zwo>2.0m 时,可取黏土Zwo=3.0m、粉土Zwo=2.5m、砂Zwo=2.0m;

Zwi——计算点的地下水位深度,m,可取计算点地面 (开挖面)至当地冻结前地下水位的距离;

β——系数,可按表7.3取值;

ψi——典型断面(建筑物或渠道走向N S,底宽与深度之比B/H=1.0,坡比m=1.0)某部位的日照及遮阴程度修正系数,阴(或阳)面中部的ψi 值的地理位置可由SL23—2006 《渠系工程抗冻胀设计规范》图3.1.4-1查得,底面中部的ψi 值可由SL23—2006《渠系工程抗冻胀设计规范》图3.1.4-2查得;

表7.3 β值表

a——系数,根据建筑物所在的气候区 (由SL23—2006 《渠系工程抗冻胀设计规范》图3.1.4-3查得),建筑物计算断面的轴线走向、断面形状及计算点位置可分别由SL23—2006 《渠系工程抗冻胀设计规范》表3.1.4查取。若渠坡较高或建筑物上部有遮阴作用,应考虑额外的遮阴影响。

(3)控制点冻胀量的计算。对黏质土、粉质土和砂类土的冻胀量计算,可用SL211—2006《水工建筑物抗冰冻设计规范》推荐的式(7.4)~式(7.6)或查图7.2~图7.4。

图7.2 低液限黏土的地表冻胀量图

图7.3 粉土的地表冻胀量图

图7.4 砂 (砾)类土的地表冻胀量

式中 h——地表冻胀量,cm;

Hd——设计冻深,cm,当用于计算地基土冻胀量hf时,采用地基土设计冻深Zf;

Zw——冻前(冻结初期)天然地表或设计地面高程算起的地下水位深度,cm,当用于计算地基土冻胀量hf时,采用自底板底面高程算起的地下水位深度。

用同样的方法可以把所有的计算控制点的冻胀量计算出来,现将计算结果汇集于表7.4中。

表7.4 各控制点冻胀量计算结果

(4)控制点的冻胀地基的冻胀性工程分类。根据SL23—2006 《渠系工程抗冻胀设计规范》的地基土冻胀性工程分类表(表7.5),可以判定各控制点的冻胀性等级。

表7.5 地基土的冻胀性工程分类

(5)对衬砌渠道是否采取抗冻措施的判断。根据SL23—2006 《渠系工程抗冻胀设计规范》的有关规定,用常用材料衬砌的梯形断面渠道,其允许冻胀位移量,可按表7.1选用。

通过计算可以看出,该渠道断面的渠床地基土是强冻胀土和极强冻胀土,其冻胀量远远大于表7.1中规定的数值,必须采用抗冻措施,否则衬砌物必将遭受冻胀破坏。

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