永昌縣金川灌區(qū)混凝土渠道凍脹原因淺析對(duì)策

白會(huì)玲

甘肅省金昌市永昌縣金川水利管理處 甘肅 金昌737202

考慮到出現(xiàn)凍脹破壞會(huì)對(duì)混凝土渠道帶來(lái)極大的影響,使得混凝土的渠道使用壽命縮短,破壞對(duì)應(yīng)的使用性能,會(huì)直接影響渠系水的利用率,影響工程投資效益,從而阻礙相應(yīng)的發(fā)展。因此,基于這一情況來(lái)分析,做好本灌區(qū)混凝土渠道的凍脹破壞防治具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、渠道混凝土凍脹破壞原因分析

(一)凍融破壞。在永昌縣地區(qū),考慮到混凝土板本身屬于薄板結(jié)構(gòu),厚度一般控制在6-15c m,主要包含了水泥、砂石、水、外加劑等共同的膠結(jié)結(jié)構(gòu)。當(dāng)混凝土出現(xiàn)水化反應(yīng),內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)有細(xì)小縫隙的存在。同樣,因?yàn)樯笆炔牧暇哂形芰?加上長(zhǎng)時(shí)間的水環(huán)境使用,當(dāng)遇到冬季氣溫在0度以下的時(shí)候,混凝土渠道板塊內(nèi)部空隙就會(huì)發(fā)生結(jié)冰的情況,水結(jié)冰之后體積會(huì)增大0.09倍,就會(huì)引發(fā)膨脹現(xiàn)象。當(dāng)水變成冰出現(xiàn)體積膨脹時(shí),受到超出混凝土極限作用力的影響,會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。在凍結(jié)、融化過(guò)程的反復(fù)循環(huán)之中,混凝土就會(huì)有裂縫問(wèn)題,而這就是造成混凝土渠道凍融破壞的主要因素[1]。

(二)渠基土凍融破壞。第一,混凝土板出現(xiàn)鼓脹、裂縫。渠道滲透水是西北地區(qū)發(fā)生凍脹的主要因素,滲水使土基增加實(shí)際含水量甚至達(dá)到飽和狀態(tài),在寒冷天氣的凍結(jié)作用下,混凝土板同渠床基土就會(huì)凍結(jié)成為一個(gè)整體,這樣會(huì)受到較多作用力,如凍結(jié)作用、收縮作用、凍脹作用等,使其變形受到約束引起的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度,會(huì)導(dǎo)致混凝土板出現(xiàn)鼓脹、裂縫的現(xiàn)象,在連續(xù)凍融循環(huán)作用下裂縫也會(huì)逐漸增大。第二,邊坡板滑塌。這一類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)主要是因?yàn)?首先,混凝土板因?yàn)闈B透水壓力凍脹效果,導(dǎo)致隆起、架空等情況的發(fā)生,這樣直接損壞坡腳的支撐,失去平衡,混凝土板結(jié)構(gòu)的上部板塊就會(huì)有錯(cuò)位滑移與相互穿插等問(wèn)題,進(jìn)而引發(fā)邊坡板的滑塌。其次,當(dāng)渠道基土在融化的時(shí)候體積會(huì)收縮下陷,渠坡失去基土支撐,最終推開(kāi)與坡腳的混凝土拉應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土板結(jié)構(gòu)上部板塊發(fā)生滑塌的現(xiàn)象,進(jìn)而造成邊坡板整體向渠道底部中心滑塌。第三,架空隆起,在渠道輸水過(guò)程中,由于滲透水作用,使渠道地基土被滲透水沖擊挾帶,造成渠基與邊坡腳架空;或者在渠道縱坡較緩且滲流量較大,地渠段,由于地下積水和基土本身的距離相對(duì)較小,會(huì)出現(xiàn)大體積的凍脹量。就會(huì)引發(fā)混凝土襯砌底板架空與隆起的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),坡腳和邊坡膠結(jié)面位置就容易發(fā)生這一問(wèn)題,在渠道底部的中間也可能會(huì)出現(xiàn)這一系列的問(wèn)題。渠頂基土相對(duì)于地下滲流積水間距較大的情況下,出現(xiàn)的凍脹量也會(huì)相應(yīng)減小。

(三)渠道內(nèi)水結(jié)冰破壞。對(duì)于金川灌區(qū)而言,渠道輸水每年從4月份開(kāi)始到11月底才能結(jié)束,11月份當(dāng)?shù)貧鉁匾呀?jīng)降到零度以下,冬季混凝土渠道一般輸水流量較小且氣溫低的情況下,渠道運(yùn)行基本是輸冰狀態(tài),加之流量過(guò)小、流速降低水容易結(jié)冰,水中的浮冰就會(huì)在彎道或者縱坡較小地段處不斷堆積,從渠道邊緣開(kāi)始累積浮冰,逐漸朝著中心位置擴(kuò)展。浮冰從上游不斷朝著下游運(yùn)送,在彎道處或者縱坡較小軟弱夾層土基地段就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的浮冰積累,這樣就會(huì)出現(xiàn)渠道兩邊混凝土板的壓力與推力,導(dǎo)致整體的襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂,最終破壞或者坍塌的現(xiàn)象。

二、混凝土渠道防凍脹的有效措施

基于上述對(duì)于西北地區(qū)混凝土渠道出現(xiàn)凍脹破壞基本原因的綜合分析,提出下述防治措施,希望可以解決凍脹破壞問(wèn)題。

(一)合理的襯砌結(jié)構(gòu)。為了降低凍害帶來(lái)的破壞,需要選擇合理的渠道斷面和對(duì)應(yīng)的襯砌結(jié)構(gòu)。目前,針對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)型式,主要包含了復(fù)合結(jié)構(gòu),由防滲膜料、混凝土護(hù)板、加設(shè)伸縮縫等組成。對(duì)本灌等寒冷區(qū)域需要設(shè)置保溫層,一般會(huì)使用到復(fù)合土工膜、聚乙烯塑料薄膜等材料。針對(duì)混凝土襯砌結(jié)構(gòu)和斷面型式,要基于工程的實(shí)際規(guī)模,一般對(duì)于干渠和支渠可以考慮到梯形斷面或者是梯形斷面弧形渠底添加防滲薄膜的襯砌結(jié)構(gòu),弧形梯形斷面結(jié)構(gòu)形式具有防凍脹性能好的優(yōu)點(diǎn),解決渠道防凍脹問(wèn)題具有明顯優(yōu)勢(shì)。渠道邊坡比例一般選擇1:1.25較緩的坡面;其下鋪設(shè)0.2 mm厚的塑料防滲膜,防滲膜上設(shè)2c m 厚的M10砂漿保護(hù)層;每3 m 設(shè)置一道伸縮縫,伸縮縫寬2c m,采用聚氯乙烯膠泥和水泥瀝青砂漿填縫;針對(duì)斷面相對(duì)較小的斗、農(nóng)渠可以選擇梯形斷面弧形渠底或者U 型斷面添加防滲薄膜襯砌的方式。

(二)基礎(chǔ)換填處理?；A(chǔ)換填處理主要是基于砂礫石等非凍脹性的土來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于原本的壤土、粉質(zhì)黏土等替換,幫助渠道基土體改善排水性,也可以實(shí)現(xiàn)水分場(chǎng)的有效改善。選擇級(jí)配良好的砂石料通過(guò)換填處理,這樣的渠道基土體的實(shí)際含水量就要比起始凍結(jié)含水量低。當(dāng)遇到地下水位偏高的情況,與排水、截水措施相互結(jié)合可以將對(duì)應(yīng)的凍害問(wèn)題減少。針對(duì)渠基土體的凍深而言,隨著換填厚度的不斷增加也會(huì)對(duì)應(yīng)增大,而凍脹量就會(huì)隨之減小。針對(duì)南北走向的渠道,渠底換填背砂40c m,就能減少超過(guò)1/2的凍脹量,直接換填60c m 厚的保護(hù)層,減少3/4的凍脹量[3]。

(三)施工技術(shù)要求及防治。第一,土層置換碾壓層厚度控制在30～50c m,土料含水率30%。第二,坡面土工模接縫處理是施工關(guān)鍵,在施工中要做好準(zhǔn)備、鋪設(shè)、拼接、檢驗(yàn)、回填五道質(zhì)量關(guān),拼接時(shí)兩幅膜邊搭接大于10c m,且平整、無(wú)折皺,相鄰兩幅膜接頭不應(yīng)在一條水平線上,應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)1 m 以上,在澆筑混凝土?xí)r注意不被拌合物擊穿。第三,伸縮縫施工中嚴(yán)格控制膠凝溫度,厚度,瀝青砂漿填充物的密實(shí)度,確保伸縮縫止水,伸縮。第四,混凝土澆筑過(guò)程中,嚴(yán)格按照配合比,拌和要均勻,且振搗密實(shí),防止表面出現(xiàn)石子聚集,內(nèi)部出現(xiàn)架空、氣孔現(xiàn)象。在凝結(jié)硬化過(guò)程中應(yīng)采取適當(dāng)措施,使混凝土免受外界干擾,促進(jìn)硬化防止開(kāi)裂,提高其強(qiáng)度、整體性和抗?jié)B性。

三、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)金川灌區(qū)混凝土渠道常見(jiàn)的凍脹破壞問(wèn)題,作為一線工作人員需要基于土質(zhì)屬性和氣候條件,實(shí)現(xiàn)對(duì)于渠道凍脹主要原因的分析,據(jù)此提出科學(xué)、合理、有效的解決措施,從而滿足防治渠道凍脹的基本要求,同時(shí)基于日常的維護(hù)與養(yǎng)護(hù)確?；炷燎赖恼０踩\(yùn)行。