灌區(qū)混凝土防滲渠道凍脹的防治技術(shù)

【摘要】灌區(qū)運(yùn)營過程中，防滲渠道的凍脹破壞是影響渠道使用年限的一個(gè)主要因素，做好渠道防滲防凍脹施工可以全面提高水資源利用率，節(jié)省用水量，延長渠道使用壽命。本文以實(shí)際工程為例，首先對灌區(qū)混凝土防滲渠道常見的凍脹表現(xiàn)形式進(jìn)行介紹，然后結(jié)合灌區(qū)具體情況，提出了相應(yīng)的凍脹防治措施，具有一定的借鑒參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】灌區(qū)混凝土;防滲渠道凍脹;防治技術(shù)

一直以來，混凝土防滲渠道凍脹破壞問題都是影響渠道工程質(zhì)量的一個(gè)主要因素?；炷练罎B渠道一旦出現(xiàn)凍脹，不僅會對渠道工程的經(jīng)濟(jì)性、高效性和安全性造成影響，同時(shí)還會增加灌區(qū)的管理難度，減少水利工程使用壽命，所以研究混凝土渠道凍脹破壞因素是當(dāng)前水利工程工作人員需要重點(diǎn)進(jìn)行研究的一個(gè)課題。

1、工程概況

新疆三屯河灌區(qū)地勢較復(fù)雜，分南部山區(qū)，中部平原，北部沙漠三大部分。所處地區(qū)為大陸性干旱氣候，晝夜溫差大，全年夏季炎熱冬季寒冷，日照充足，年降雨平均在400～500mm以上，蒸發(fā)量大，年平均氣溫7℃，在極端環(huán)境下氣溫為-38.1℃～41.2℃范圍內(nèi)，灌區(qū)最大凍深為1.2m，灌區(qū)混凝土防滲渠道主要采用換填砂礫料的方法對基土進(jìn)行換填，進(jìn)而達(dá)到防治渠道凍脹的目的。但是每年冬季，渠道襯砌混凝土表面依然會出現(xiàn)凍脹、斷裂等問題，需要采用相應(yīng)的凍脹防治技術(shù)進(jìn)行處理。

2、灌區(qū)混凝土凍脹表達(dá)形式

2.1 灌區(qū)表面剝蝕

本灌區(qū)渠道均由混凝土形成襯砌，由于砼材料存在水分，當(dāng)溫度達(dá)到零下時(shí)，材料內(nèi)部水分會結(jié)冰，引發(fā)體積膨脹，當(dāng)材料內(nèi)部作用力遠(yuǎn)超過砼強(qiáng)度時(shí)，渠道將會形成裂縫，使得材料吸水性增加，通過多次凍結(jié)-融化-凍結(jié)等循環(huán)作用，使得灌區(qū)內(nèi)砼表面出現(xiàn)砂漿面層剝蝕現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，引發(fā)這種情況的原因是施工時(shí)砼表面沒有振搗密實(shí)。

2.2 灌渠發(fā)生隆起、架空

灌區(qū)內(nèi)存在某些渠段的地下水位偏高，渠低常出現(xiàn)凍脹量現(xiàn)象非常嚴(yán)重，相對而言，渠頂凍脹量小一些。觀測發(fā)現(xiàn)，對于地下水位偏高的渠段，常發(fā)生一些襯砌大幅度隆起和架空的問題，經(jīng)常出現(xiàn)問題的部位是渠底中部或坡腳處。

2.3 灌渠鼓脹形成裂縫

冬季，本灌區(qū)溫度相對很低，渠道中的砼襯砌板和集土凝結(jié)為整體，受到材料凍結(jié)力、凍脹力、砼板本身拉應(yīng)力共同作用，一旦應(yīng)力值超過低溫下砼板的極限應(yīng)力值時(shí)，渠道砼板體將出現(xiàn)損壞。整個(gè)灌區(qū)內(nèi)，相對尺寸大的砼板其安置沿著水0流方向，此時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)易形成凍脹裂縫，出現(xiàn)裂縫的位置通常位于渠坡腳以上的 1/4～2/3 坡長范圍，以及渠底中部。觀測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冬季灌區(qū)內(nèi)部儲存水量時(shí)，裂縫常發(fā)生在水面附件的渠坡上。

2.4 灌渠滑塌

本灌區(qū)凍脹后還會出現(xiàn)部分襯砌渠段滑塌情況。經(jīng)過多次反復(fù)凍結(jié)-融化作用，造成坡地、坡腳處砼襯砌板出現(xiàn)架空和隆起現(xiàn)象，當(dāng)春季來臨后基土發(fā)生融化，原受力部位因作用力失衡，造成砼襯砌板被推開，發(fā)生移位現(xiàn)象，進(jìn)而使得上部襯砌板發(fā)生塌落，渠坡出現(xiàn)滑塌的現(xiàn)象。

2.5 部分渠段整體上抬

觀測發(fā)現(xiàn)，本灌區(qū)某些渠段因砼襯砌結(jié)構(gòu)整體良好，基土充盈，渠道內(nèi)部襯砌結(jié)構(gòu)相對較完好。但是，經(jīng)過水準(zhǔn)儀測量發(fā)現(xiàn)，該渠段出現(xiàn)整體抬升或下沉現(xiàn)象。

3、凍脹原理

渠道凍脹的因素有土壤內(nèi)土體、水分及溫度等，渠道發(fā)生凍脹破壞原理是低溫作用下使渠道基土體積膨脹，達(dá)一定強(qiáng)度后引起渠道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)破壞。冬季持續(xù)低溫是引發(fā)渠道凍脹損壞的前提;因施工質(zhì)量問題，材料內(nèi)含足量的毛細(xì)水、自由水，以及外界水分的補(bǔ)給，這都是引發(fā)渠道凍脹問題的必要因素;渠道結(jié)構(gòu)材料的熱脹冷縮性質(zhì)是引起渠道凍脹損壞的作用原理。由此可見，水分的存在是引發(fā)渠道凍脹損壞的必要因素。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該灌區(qū)渠道凍脹損壞主要出現(xiàn)在中下游。分析可知，本灌區(qū)中下游的土壤顆粒細(xì)、地下水位低、土壤內(nèi)毛細(xì)水和自由水量大，當(dāng)持續(xù)低溫時(shí)，土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)因低溫受凍使得體積膨脹，引起渠集土體膨脹，砼襯砌結(jié)構(gòu)移位，造成渠道凍脹損壞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，渠道凍脹損壞嚴(yán)重影響到本灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，故提升渠道建設(shè)質(zhì)量就顯得非常重要。

4、灌區(qū)渠道凍脹防治辦法

4.1 渠基土換填法的應(yīng)用

渠基土換填法的優(yōu)點(diǎn)是保溫作用顯著，可以優(yōu)化渠基土體的結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)為：當(dāng)渠道建設(shè)處換填材料充裕時(shí)，渠基土換填法可降低渠道建設(shè)成本;當(dāng)整個(gè)渠基土徹底換填為滿足工程需求和相關(guān)規(guī)程要求的合格土質(zhì)時(shí)，渠基土換填法可長久解決渠道凍脹損壞問題的發(fā)生。渠基土換填法的缺點(diǎn)是換填土方量大，相對于換填材料需要長距離運(yùn)輸?shù)那闆r時(shí)，選擇該方法會使得施工成本提高;渠基土換填的施工難度較大，難以把控渠基土換填施工的整體質(zhì)量。

本灌區(qū)部分凍脹損壞渠段較嚴(yán)重的地方，其渠道周圍土壤材質(zhì)弱凍脹土材質(zhì)-沙礫石和風(fēng)積砂，以及該渠段選擇的換填方式是半挖半填，結(jié)合這些因素，本灌區(qū)選用渠基土換填法可以有效的防治渠道凍脹損壞。后期觀測發(fā)現(xiàn)，運(yùn)營效果良好。

4.2 雷諾護(hù)墊的引入

本灌區(qū)原渠底選用了預(yù)制砼板護(hù)砌防滲，因工程開始施工為五月份，處于農(nóng)業(yè)灌溉高峰期，相對地下水位很高，渠底部位有泥巖挖出。經(jīng)過專家分析，為避免變形、凍漲、沖刷等影響，可將渠底預(yù)制砼板防滲調(diào)換為柔性防護(hù)，即雷諾石籠護(hù)墊形式，選用了鍍鋅雙絞合低碳鋼絲網(wǎng)格雷諾護(hù)墊，本產(chǎn)品是一種新型的鍍鋅合金產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)內(nèi)裝卵石，透水性良好，可以在水下保持20年不生銹，具有良好的防凍脹性能。本工程在同年十月竣工，次年正式進(jìn)入運(yùn)營期，經(jīng)過后面幾年的運(yùn)行觀測發(fā)現(xiàn)，雷諾護(hù)墊的引入大大改善了北方地區(qū)冬季渠道渠底鼓包、凍漲、變形等情況的發(fā)生概率，很適合季節(jié)性施工，不需要維修。

4.3 設(shè)置合理的渠道伸縮縫

現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，本罐區(qū)裂縫發(fā)生渠段大都在2m～4m內(nèi)，其中3m～4m間最多。結(jié)合觀測結(jié)果，初步設(shè)計(jì)渠系改建時(shí)布設(shè)合理的施工縫于2m～5m內(nèi)，避免布設(shè)過密，易增大施工量，減緩施工進(jìn)度;布設(shè)太稀，不能起到防水作用。結(jié)合施工的便利性，決定間隔3m～4m布設(shè)一道，底端還將增加變形縫，并增厚基礎(chǔ)襯砌材料，防止材料不均勻造成沉陷及渠道斷裂。結(jié)合縫隙漏水情況發(fā)現(xiàn)，漏水原因是縫隙里面未填充塞物或填塞物未起作用，故在進(jìn)行縫隙鋪設(shè)時(shí)需選擇低溫延展性好、高溫穩(wěn)定性強(qiáng)的防滲漏材料。本渠道選擇了新型的材料-SBS改性瀝青防水卷材，該材料選擇SBS橡膠改性石油瀝青作為浸漬覆蓋層材料，用聚酯纖維無紡布、玻纖氈、黃麻布等來作胎基，防粘隔離層材料為塑料薄膜，經(jīng)過選材、配料、共熔、浸漬、復(fù)合成型、卷曲等多道復(fù)雜加工工序制作而成，其低溫柔韌性非常強(qiáng)，具有較高的防水性能。該卷材耐高溫性能非常好，溫度適用范圍較大，在-25℃～+100℃范圍內(nèi)均可正常使用，彈性、耐疲勞性、耐撕裂能力較強(qiáng)，常適用于北方寒冷地區(qū)，對于變形和振動(dòng)較大的民用性防水建筑工程同樣適用。本方法最大的特點(diǎn)是：施工與工程主體同步進(jìn)行，無需其他設(shè)備，施工方便，工期較短。

4.4 引入排水管、排水溝

罐區(qū)渠道中現(xiàn)澆混凝土加塑膜雙防渠段部分，有的地方地下水位遠(yuǎn)超過渠底水位，因其防滲措施選擇了混凝土加塑雙防形式，造成地下水無法順利排出，進(jìn)而導(dǎo)致凍脹損壞渠道，結(jié)合工期短、任務(wù)重、節(jié)約成本等因素，上級領(lǐng)導(dǎo)商定，最終決定采取在總干渠渠內(nèi)坡堤腳處增設(shè)排水管道的方法，將渠底地下水經(jīng)由排水管順利引出渠床，進(jìn)而減小地下水位，有效的降低了渠道凍脹損壞的幾率，大大改善了該段渠道凍脹損壞的程度。對于部分全挖方的渠道，需增加排水溝，以此減小地下水位和基土的含水量，排水溝的設(shè)置有效的將渠床凍結(jié)層里的重力水和渠道旁滲水引出至渠處，大大降低了本罐區(qū)地下水位，有效避免了因地下水位過高造成的渠段凍脹損壞情況。

5、結(jié)論

總而言之，在選擇凍脹破壞處理方式時(shí)，要考慮工程經(jīng)濟(jì)性以及凍脹的三大影響因素，結(jié)合工程的具體情況采取相應(yīng)的處理措施，將多種凍脹方法綜合使用，主次分明，充分消除或減輕凍脹對混凝土渠道造成的破壞，延長渠道的使用年限。

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作者簡介：姓名：古麗巴哈·吾斯曼（1982年1月）性別：女，新疆省烏魯木齊市！職稱：工程師！本科學(xué)歷，研究方向：水利工程.