CN218405305U - 一种防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构，渠道预制垫层（8）包括上部柔性防水层（9）、中部排水层（10）和下部保温材料层（11），三者预制成一体化结构，使渠道衬砌铺设更加简便和高效。渠道衬砌结构包括自下而上铺设的砂砾石基础层（18）、渠道预制垫层（8）及预制混凝土板（1），砂砾石基础层内的水通过排水管汇集排入中部排水层的汇水管（13）中，并从渠道末端排出；预制混凝土板与上部柔性防水层锚固相接，显著减少混凝土的脱落。在实际应用中，渠道预制垫层可预制成不同的规格尺寸，以满足设计施工需求，同时渠道衬砌结构集防渗、排水、保温防冻和高强稳定功能为一体，对我国寒冷地区渠道防冻胀破坏具有重要的意义。

Description

一种防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构

技术领域

本申请涉及衬砌渠道防护技术领域，尤其涉及一种防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构。

背景技术

我国西北旱区农业发展主要依赖灌溉水资源，目前灌溉用水一般采用渠道输送，由于渠道表面衬砌材料的破损，造成输水过程中产生渗漏，其中传统土渠渗漏量较大，而采用混凝土表面衬砌的渠道也会产生渗漏。同时，甘肃及西北地区属于北方寒冷地区，冬季气温底下，一般年最低气温在零下15~40℃，持续时间长，一般持续4~5个月，土层内平均温度可达0℃以下，水工建筑物冰寒严重，导致渠道土体中产生大量冰介质，不但造成渠道冻胀，使衬砌产生较大位移，引发渠道结构破裂，并且在持续低温环境下使渠道与冻土形成整体，当冻土受力发生变化时，渠道衬砌的结构关系、力学性能、弹性模量也会相应变化，导致渠道衬砌冻裂和融沉。由于渠道冻胀破坏严重，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。

因此，现有技术提出了一些渠道防冻胀破坏技术，比如，公开号CN215482749U的专利文献公开了一种防冻融渠道衬砌结构，包括自下而上设置的中粗砂层、复合土工膜、砂砾石垫层、保温板、胶粘剂层及抗冻混凝土层，中粗砂层内设有排水管，排水管依次穿过上述结构将中粗砂层内汇水排入河道。该方案通过采用抗冻混凝土层，提升了防冻能力，经冻融破坏后不易产生裂纹；通过增加胶粘剂层，提高了保温板与抗冻混凝土层的胶合力，大大减少了混凝土脱落的情况，消除了安全隐患；聚苯乙烯泡沫板可以起到保温效果，砂砾石垫层可以起到防冻胀的作用，整体配合后大大增加了渠道衬砌的强度。但是，该方案在实际应用中仍然存在如下问题：

1、衬砌结构各部分主要为现场施工，工序复杂，现场工期长。

2、中粗砂层内的排水管依次贯通穿过复合土工膜、砂砾石垫层、保温板、胶粘剂层及抗冻混凝土层，在这些结构中打孔供排水管穿过，影响了渠道衬砌结构的完整性。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构。

为解决上述问题，本申请提供了一种防冻胀破坏的渠道预制垫层，该渠道预制垫层包括预制成整体的上部柔性防水层、中部排水层和下部保温材料层，所述上部柔性防水层顶面预留与预制混凝土板配合使用的螺纹洞，所述中部排水层内设有汇水管和汇水管支撑物，所述下部保温材料层和所述中部排水层上开设有供排水管出水端穿入的插孔，所述汇水管在该插孔处预留与所述排水管出水端接通的开口。

在渠道预制垫层中，优选的，所述上部柔性防水层、中部排水层和下部保温材料层中，相邻两层之间通过胶粘层固定胶接。

在渠道预制垫层中，优选的，所述上部柔性防水层由柔性橡胶、沥青或油毡制成。

在渠道预制垫层中，优选的，所述汇水管为PVC圆管，所述汇水管支撑物为合成树脂填充物。

本申请还提供了一种防冻胀破坏的渠道衬砌结构，包括砂砾石基础层、铺设在所述砂砾石基础层上的上述防冻胀破坏的渠道预制垫层以及铺设在所述渠道预制垫层上的预制混凝土板，所述砂砾石基础层中设有排水管；所述排水管出水端穿入所述渠道预制垫层并与中部排水层中的汇水管接通，相邻所述渠道预制垫层中的所述汇水管相互接通；所述预制混凝土板与所述渠道预制垫层中上部柔性防水层通过螺纹洞和螺纹钉锚固连接。

在渠道衬砌结构中，优选的，所述预制混凝土板在与所述螺纹洞对应的位置预留有孔洞，所述孔洞内壁光滑无螺纹，所述螺纹钉穿过所述孔洞与所述螺纹洞拧接，并且所述螺纹钉与所述预制混凝土板之间设有防水垫圈。

本申请与现有技术相比具有以下优点：

本申请中，（1）上部柔性防水层、中部排水层和下部保温材料层预制成一体化复合材料垫层，使渠道衬砌铺设更加简便和高效，有效缩短现场施工周期；（2）排水层设在渠道预制垫层的中层，使砂砾石基础层中的水分能够在复合材料垫层（即渠道预制垫层）内部汇集并通过汇水管在下游末端排出，避免了传统排水方法中需要在渠道局部位置打孔设置排水管排水，保持了渠道垫层的完整性，提高了渠道衬砌结构的整体稳固性；（3）此外，预制混凝土板和上部柔性防水层通过螺纹钉锚固相接，相较胶粘剂连接，连接更牢固，有利于提升渠道衬砌结构的整体稳固性。在实际应用中，复合材料垫层可预制成不同的规格尺寸，以满足设计施工需求，同时渠道衬砌结构集防渗、排水、保温防冻和高强稳定功能为一体，对我国寒冷地区渠道防冻胀破坏具有重要的意义。

附图说明

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本申请实施例提供的防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构的整体结构示意图。

图2为图1中A大样图（螺纹钉锚固示意图）。

图3为图1中B大样图（复合材料垫层结构示意图）。

图4为图1中C大样图（弯角结构示意图）为。

图5为本申请实施例提供的防冻胀破坏的渠道预制垫层和衬砌结构的平面布置示意图。

图中：1—预制混凝土板，2—双组分聚氨酯密封胶，3—聚乙烯闭孔泡沫板，4—螺纹钉，5—孔洞，6—螺纹洞，7—防水垫圈，8—复合材料垫层（也即渠道预制垫层），9—上部柔性防水层，10—中部排水层，11—下部保温材料层，12—胶粘层，13—汇水管，14—合成树脂，15—排水管，16—土工布，17—弯角结构，18—砂砾石基础层。

具体实施方式

实施例1 防冻胀破坏的渠道预制垫层（也称复合材料垫层）

参考图1至图5，本申请渠道预制垫层8主要包括上部柔性防水层9、中部排水层10和下部保温材料层11，三者预制成整体，相邻两层之间通过胶粘层12固定胶接。

本申请中，渠道预制垫层8顶部要铺设预制混凝土板1，因此，在上部柔性防水层9顶面预留螺纹洞6，螺纹洞6内壁有旋转螺纹，与预制混凝土板1上的孔洞5和螺纹钉4配合实现锚固连接。

进一步地，上部柔性防水层9可由柔性橡胶制成，也可采用沥青、油毡等有机材料代替, 厚度为10cm。柔性橡胶为弹塑性材料，上部柔性防水层9采用这种材料制成，除了具有基本的防水功能，还具有如下优点：第一、塑性材料的抗刺穿性强，在施工和运行中不易造成局部和整体的损伤，防渗效果好。第二、弹塑性材料的韧性和变形能力较强，在高寒地区，绝大多数引水渠道均可采取渠道输冰运行方式。冬季渠道输水过程中渠道含有冰凌，冰凌在渠道输送过程中对渠道混凝土板产生冲撞，冲撞产生的力通过混凝土板传递到柔性防水橡胶层产生相应的变形，抵消冰凌对渠道面板的冲击力，防止冰凌对渠道的撞击破坏。

本申请中，中部排水层10内设有汇水管13和汇水管支撑物14，比如，汇水管13为PVC圆管，多根PVC圆管按设计间隔排列，PVC圆管之间的间隔填充合成树脂，用于支撑和固定PVC圆管，PVC圆管的管径为10cm，间隔20cm~35cm。在铺设时，相邻渠道预制垫层8的中部排水层10中的汇水管13相互对接（并使用密封件密封），使汇水管13之间保持连通性。

本申请中，下部保温材料层11为保温材料，可采用聚氨酯泡沫、聚苯板等有机材料，厚度为10cm。下部保温材料层11底面增加其表面粗糙度，增强下层保温材料层11与砂砾石基础层18之间的稳定性，使渠道衬砌结构整体结构趋于稳定。

下部保温材料层11和中部排水层10上开设有供排水管15出水端穿入的插孔，汇水管13在该插孔处预留与排水管15出水端接通的开口，排水管15与汇水管13之间通过密封件密封。

在实际应用中，渠道预制垫层8即复合材料垫层在施工前可预制成不同的规格尺寸，以满足设计施工需求；施工时可进行拼装铺设，以满足不同结构尺寸渠道的铺设。渠道预制垫层8可预制成不同角度的弯角结构17，以适应渠道边坡面和渠道底面的衔接和拼接，采用弯角结构17进一步方便了复合材料垫层的整体组装和稳定。

实施例2 防冻胀破坏的渠道衬砌结构

参考图1至图5，本申请一种防冻胀破坏的渠道衬砌结构主要包括从下往上依次铺设的砂砾石基础层18、渠道预制垫层8和预制混凝土板1。

施工时，根据渠道断面尺寸设计要求，对渠道地形进行施工断面的开挖，形成一个渠道施工的基础底面和坡面，即形成一个施工面。对施工面表层进行夯实和整平后铺设一层砂砾石基础层18。

渠道预制垫层8为实施例1公开的复合材料垫层，复合材料垫层铺设在砂砾石基础层18上，在拼装铺设过程中，相邻复合材料垫层之间的间隙可采用双组分聚氨酯密封胶2涂抹，下部保温材料层11和砂砾石基础层18通过现有施工方法紧密贴合。

预制混凝土板1铺设在渠道预制垫层8上，预制混凝土板1上预留有在厚度方向贯穿的孔洞5，孔洞5内壁光滑无螺纹；组装时，预制混凝土板1上的孔洞5与上部柔性防水层9上预留的螺纹洞6相对应，，螺纹钉4穿过孔洞5与螺纹洞6拧接，锚固连接形成稳固整体，显著减少了混凝土板脱落的情况，消除了安全隐患。

螺纹钉4与预制混凝土板1预留孔洞5之间设有橡胶制的防水垫圈7，减缓螺纹钉4对混凝土板1的磨损，同时也防止渠道流水进入内部。相邻预制混凝土板1之间的间隙使用双组分聚氨酯密封胶2和聚乙烯闭孔泡沫板3填充。

砂砾石基础层18中设有排水管15，渠道预制垫层8中的下部保温材料层11和中部排水层10上开设有供排水管15出水端穿入的插孔。排水管15自内向外穿过下部保温材料层11伸至中部排水层10内，排水管15自内向外向下倾斜设置；排水管15位于砂砾石基础层18的管段上设置有开孔，开孔段及管头用土工布16进行包裹，土工布可防止砂砾石进入排水管15造成堵塞。

排水管15出水端与中部排水层10中的汇水管13接通并使用密封件密封；相邻渠道预制垫层8中的汇水管13相互接通。砂砾石基础层18内的水通过排水管15汇集并排入汇水管13，在渠道纵向坡度作用下，进入汇水管13内的水沿渠道纵向坡度进一步汇集到渠道下游，最后通过最末端渠道的汇水管13将水排出渠道，进而使砂砾石基础层18中的水快速排出，防止渠基中的水分未能及时排出造成的冻融破坏。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种防冻胀破坏的渠道预制垫层，其特征在于，该渠道预制垫层（8）包括预制成整体的上部柔性防水层（9）、中部排水层（10）和下部保温材料层（11），所述上部柔性防水层（9）顶面预留与预制混凝土板（1）配合使用的螺纹洞（6），所述中部排水层（10）内设有汇水管（13）和汇水管支撑物（14），所述下部保温材料层（11）和所述中部排水层（10）上开设有供排水管（15）出水端穿入的插孔，所述汇水管（13）在该插孔处预留与所述排水管（15）出水端接通的开口。

2.如权利要求1所述的渠道预制垫层，其特征在于，所述上部柔性防水层（9）、中部排水层（10）和下部保温材料层（11）中，相邻两层之间通过胶粘层（12）固定胶接。

3.如权利要求1所述的渠道预制垫层，其特征在于，所述上部柔性防水层（9）由柔性橡胶、沥青或油毡制成。

4.如权利要求1所述的渠道预制垫层，其特征在于，所述汇水管（13）为PVC圆管，所述汇水管支撑物（14）为合成树脂填充物。

5.一种防冻胀破坏的渠道衬砌结构，其特征在于，包括砂砾石基础层（18）、铺设在所述砂砾石基础层（18）上的如权利要求1所述的防冻胀破坏的渠道预制垫层（8）以及铺设在所述渠道预制垫层（8）上的预制混凝土板（1），所述砂砾石基础层（18）中设有排水管（15）；所述排水管（15）出水端穿入所述渠道预制垫层（8）并与中部排水层（10）中的汇水管（13）接通，相邻所述渠道预制垫层（8）中的所述汇水管（13）相互接通；所述预制混凝土板（1）与所述渠道预制垫层（8）中上部柔性防水层（9）通过螺纹洞（6）和螺纹钉（4）锚固连接。

6.如权利要求5所述的渠道衬砌结构，其特征在于，所述预制混凝土板（1）在与所述螺纹洞（6）对应的位置预留有孔洞（5），所述孔洞（5）内壁光滑无螺纹，所述螺纹钉（4）穿过所述孔洞（5）与所述螺纹洞（6）拧接，并且所述螺纹钉（4）与所述预制混凝土板（1）之间设有防水垫圈（7）。

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