襯砌渠道防凍技術(shù)探討

張世洪

摘 要：青海省地處青藏高原，渠道工程多分布于海拔1800米至2800米的范圍，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，氣溫、凍深及降水量等自然因素垂直分帶明顯，隨著海拔增高，氣溫下降，相應(yīng)的土壤凍結(jié)深度、負(fù)地溫和氣溫低于0℃的歷史都增加和延長。

關(guān)鍵詞：凍害原因；凍害類型；防治措施

1 凍害原因

渠道基土是產(chǎn)生凍脹的主要原因，凍脹的大小與渠道基土的土質(zhì)、水分、濕度及壓實(shí)度等四個(gè)因素有關(guān)。

1.1 土質(zhì)

吸引水分能力強(qiáng)的土質(zhì)，凍脹性也強(qiáng)，理論上一般以土的粒徑大小判定凍脹性的強(qiáng)弱，粒徑大于0.1mm的基土其所含水分較少，基土粒徑為0.05～0.1mm的土，開始有凍脹，基土粒徑在0.05～0.02mm的土凍脹性最強(qiáng)，粒徑再小的粘土，由于土粒間的間隙較小，透水性不良，凍脹性反而變小。按照土質(zhì)的分類，粘土的凍脹破壞最強(qiáng)，其次依次是粉質(zhì)土、亞粘土和砂亞砂土。

1.2 水分

水是產(chǎn)生凍脹的基本條件，土體內(nèi)的水分的多少、地下水位的高低以及有無外來水補(bǔ)給等均對凍脹產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。凍結(jié)面移動(dòng)的水分，未凍土內(nèi)原含有的水分，形成的凍脹量小，當(dāng)有外來水補(bǔ)給時(shí)，則產(chǎn)生的凍脹量大。

1.3 溫度

氣候的寒冷程度，將直接影響渠道的凍結(jié)深度。

1.4 壓實(shí)度

渠道基土壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)高，凍脹就減小，當(dāng)基土的壓實(shí)應(yīng)力大于凍脹中斷應(yīng)力時(shí)，凍脹就不會產(chǎn)生。

2 襯砌渠道的凍害類型

2.1 溫度裂縫型

由于溫度變化引起襯砌板收縮產(chǎn)生的應(yīng)力所致。它多發(fā)生在橫向收縮縫間距過大的當(dāng)年施工渠段上，表現(xiàn)形式為襯砌板與工作縫、伸縮縫的斷開或襯砌板本身的橫向斷裂，縫寬為0.5～2mm，由于粘土的填充，這種縫一般不易自行閉合而成為滲漏的通道，伸縮縫預(yù)留間距不宜過大，以3～5米為宜。

2.2 凍脹裂縫型

由于渠床基土性質(zhì)及含水量的差異而產(chǎn)生不均勻的凍脹應(yīng)力所致。是我省渠道襯砌凍害破壞的主要形式。冬季襯砌渠道中襯砌板中部附近出現(xiàn)的縱向裂縫，多屬于凍脹裂縫，凍脹裂縫是由于基土不均勻凍脹，造成襯砌板不均勻變位。按凍害的程度可分為較弱（縫寬小于3mm），中等（3～10mm），嚴(yán)重（大于10mm）三種情況。輕微及中等一般發(fā)生在微弱及中等凍脹性土渠，襯砌體開裂但不滑塌變位。若不及時(shí)維修，常因渠水滲入及凍融而導(dǎo)致襯砌體的嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重凍脹裂縫發(fā)生在強(qiáng)凍脹性土渠，或有地下水直接補(bǔ)給的地區(qū)，它常使襯砌體嚴(yán)重開裂，滑塌變位，以致報(bào)廢。

2.3 凍融滑塌型

處于強(qiáng)凍脹土渠的襯砌體，凍害表現(xiàn)為襯砌體的整體上抬或局部上抬，局部上抬是以渠腳或渠頂為鉸的翹動(dòng)，最后導(dǎo)致渠道襯砌板發(fā)生滑塌破壞。

2.4 冰塌冰凍破壞型

冰塌是因渠內(nèi)結(jié)冰牢固地與襯砌體凍結(jié)在一起，立春時(shí)節(jié)渠道陽坡中部冰塊首先消融，陰坡冰塊失去平衡帶動(dòng)襯砌體下滑而使防滲工程遭受到的破壞，冰凍是因渠道混凝土接縫質(zhì)量差，從而進(jìn)水結(jié)冰凍脹，崩裂襯砌體造成的破壞。

3 渠道凍害的防治措施

防止襯砌渠道凍害，要針對上述影響凍脹的四個(gè)因素，采取綜合措施，既從渠系規(guī)劃布置、渠床處理、防滲排水、隔熱保溫，結(jié)構(gòu)形式及運(yùn)行管理等方面著手。

3.1 渠系布置

在新建渠系中應(yīng)盡量避開粘土質(zhì)土壤和高地下水位地段。由于青海工程的地理位置，基本處在亞粘土、砂壤土和粉質(zhì)壤土。另外，渠系均在老渠附近，灌溉現(xiàn)狀落后，地下水位高，故在防凍措施上采用多種措施。首先在地形條件許可的情況下，采用高填方渠，另外在渠系旁設(shè)排水渠，將地下水位控制在凍土層以下，并保證排水渠暢通，其次在渠線走向上盡可能地朝陽，以提高渠堤溫度。

3.2 渠床處理

3.2.1 改變基土性質(zhì)。對渠基土進(jìn)行換填是一種防凍脹的處理形式，它既改變了渠基土的結(jié)構(gòu)，又具有一定的保溫作用，砂礫石非凍脹性土，有阻止毛細(xì)管水上升和排水暢通的特性?？梢圆捎猛谌デ膊糠謨雒浶酝?，換填砂礫石非凍脹性土的方法來減少凍脹量，以達(dá)到消除凍害的目的。借鑒國內(nèi)外實(shí)例，結(jié)合我縣具體情況，換填厚度一般應(yīng)大于當(dāng)?shù)貎鐾辽疃鹊?0%左右。

3.2.2 壓實(shí)法。改變基土工程性質(zhì)的另一種方法是將基土翻松壓實(shí)，提高土的密實(shí)性和強(qiáng)度，降低透水性，達(dá)到削減基本凍土的目的，按基土的凍脹規(guī)律和部位，翻松壓實(shí)厚度分別采用當(dāng)?shù)貎錾畹?.70-0.8倍之間。

總之，防止基土含水量的提高，是減輕凍害的基本方法之一。在有地下水的渠段，還應(yīng)采取排水措施，降低地下水位，減少渠床基土含水量，從而達(dá)到了消除凍害和滑坡等危及渠道安全運(yùn)行的不利因素。

3.3 隔熱保溫

將隔熱保溫材料，鋪設(shè)在襯砌體背后或做成襯砌體，同時(shí)注意排水，以減輕或消除寒冷因素，從而達(dá)到防凍脹目的。

3.4 結(jié)構(gòu)措施

目的在于防止凍脹，但從襯砌體結(jié)構(gòu)方面，總結(jié)了一些經(jīng)過實(shí)踐證明了的防凍形式。

改變襯砌體結(jié)構(gòu)形式，在襯砌體下鋪設(shè)塑膜，塑膜下部設(shè)砂礫填層抗凍體，這樣有效地防止了滲漏，同時(shí)地下水上升被融斷，塑膜另外又起保溫作用，這種方法實(shí)施簡便，省投資，是防止和減少凍害的一種較好的辦法。目前已采用的有：混凝土襯砌或漿砌石下部鋪設(shè)塑膜和瀝青玻璃絲布等方法。

“U”渠道砼襯砌。過去，多采用梯形或矩形砼襯砌，近年來，我縣結(jié)合工程具體情況、條件，采用了“U”渠道砼襯砌，這種斷面形式過水能力最佳，水流條件好，流速快，力學(xué)性能好，抗凍脹能力強(qiáng)，且具有占地面積少，投資省，襯砌速度快，質(zhì)量高，一次成型等優(yōu)點(diǎn)。選擇砼澆筑“U”渠可以提高渠段剛度，增強(qiáng)抗凍抗裂的能力，經(jīng)驗(yàn)證就地澆筑“U”渠道比預(yù)制板和現(xiàn)澆矩形板裂縫少50%～60%。是目前推廣的一種很好的防滲防凍方法。

采用地下暗管輸水，可以充分發(fā)揮圓形管件受力好的特點(diǎn)。在我縣高寒條件下的優(yōu)點(diǎn)在于暗管埋入地下一定深度，特別是冬季封管口，維持管內(nèi)有較高的溫度，可消除凍害。

運(yùn)行管理。冬灌及春灌時(shí)間對襯砌的損害影響很大。冬灌越遲，凍害越甚。因此適當(dāng)提前冬灌，冬灌停水日期比氣溫穩(wěn)定通過零度日的時(shí)間提前7-10天，春季開始輸水日期不應(yīng)早于氣溫穩(wěn)定通過零度日的時(shí)間，此外對渠道的裂縫進(jìn)行維修，減少灌溉水對渠道基土的補(bǔ)給，搞好渠頂防護(hù)，保持排水暢通。渠旁植樹對防止砼渠道的凍害有良好的作用，樹的根系起到固坡保溫作用，故運(yùn)行管理是渠道防凍一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。