摘要： 在我國北方季節性凍土地區,混凝土襯砌渠道普遍存在凍脹破壞問題。本文分析了混凝土襯砌渠道凍脹破壞的形式和成因,提出防治凍害的措施。
關鍵詞： 混凝土;渠道;凍融破壞;防治措施
中圖分類號：: TV698. 26 文獻標識碼: B
1 引言
在我國北方季節性凍土地區,各種防滲襯砌渠道,特別是剛性襯砌渠道由于凍脹破壞產生的不能允許的變形、開裂和滑塌現象,嚴重影響了工程的正常運行和效益的充分發揮,大大降低了渠道的使用壽命。因此就要從渠道的凍脹規律入手,尋求合理的抗凍脹措施。
2 凍脹破壞形式
2. 1 表面剝蝕
混凝土材料內含有一定水分,在負溫下凍結成冰,體積膨脹,其作用力大于混凝土強度時就會產生裂縫并增大吸水性,如此經過多個凍結———融化循環和應力的反復作用,混凝土表面砂漿層就會剝蝕,搗振不實的混凝土甚至出現凍酥現象[ 1 ] 。
2. 2 鼓脹及裂縫
渠道襯砌的凍脹裂縫。多出現在尺寸較大的混凝土板順水流方向,縫位一般在渠坡腳以上1 /4～3 /4坡長范圍內和渠底中部。當冬季渠內存水時,一般出現在水面附近的渠坡上。
2. 3 隆起、架空
在地下水位較高的渠段,渠床基土距地下水位近,凍脹量大,而渠頂凍脹量小,造成混凝土襯砌大幅度隆起、架空。這種現象一般出現在坡腳或水面以上0. 5～1. 5m坡長處和渠底中部,有時也順坡向上形成數個臺階狀[ 2 ] 。
2. 4 整體上抬
渠深1m左右的較小渠道,基土的凍脹不均勻性較小,尤其襯砌整體性較好的渠道可能發生整體上抬。
2. 5 滑塌
渠道襯砌的凍融滑塌有兩種形式: ①由于凍脹隆起、架空,使坡腳支承受到破壞,襯砌板墊層失去穩定平衡,因而基土融化時,上部板塊順坡向下滑移,錯位,互相穿插; ②渠坡基土融化期的大面積滑坡,渠坡滑塌,導致坡腳處混凝土板被推開,上部襯砌板塌落下滑[ 2 ] 。
3 造成混凝土襯砌渠道凍脹的原因
凍脹破壞的原因可歸納為4 方面: ①土體的多孔松散特征形成水分存在和遷移空間; ②灌溉輸水水分的入滲增大土體含水量, 甚至使土體水分飽和, 造成結冰的條件; ③冬季寒冷, 持續低溫冷空氣的侵襲, 造成土體凍層和未凍層(包括地下水)水分遷移、分凝冰層形成與發育而引起凍脹; ④對凍脹和凍害的防護條件不夠。混凝土是剛性襯砌材料,較薄,抗拉強度較低,適應拉伸變形或不均勻變形的能力差,在凍脹力或熱應力的作用下容易破壞。
4 混凝土襯砌渠道的防凍害措施
根據凍害成因分析并結合工程具體條件,應降低渠基土的水分、隔斷外界水源對渠基的補給、降低地下水位、進行管理維修等,可采取如下措施:
4. 1 壓實法
壓實法是用壓實或強夯提高基土密實度的一種抗凍措施。在渠道施工過程中按照土壩施工要求,分層碾壓,要求干密度達到1650kg/m3 ,使強凍脹土變成無凍脹土壤,從而達到防治凍脹的目的。
4. 2 排水法
在渠床凍層下設置縱、橫向暗管排水系統,排水管可采用帶級配的反濾砂石料,也可用波紋塑料管或土工織物等材料,來降低地下水位和基土含水量,把渠床凍結層中的重力水或渠道旁滲水排出渠外。
4. 3 隔水法
在襯砌板下采用埋藏式隔膜(如土工膜、塑料薄膜、瀝青油氈等)隔斷地下水對凍層的補給,以減小渠床的凍脹。
4. 4 換填法
在凍結深度內將襯砌板下的凍脹性土換成砂礫石等非凍脹性土(土中粒徑小于0. 05mm的土粒重量不大于土樣總重量的6% ) ,置換材料與原狀土之間應設置反濾層或用非織造土工織物隔離,同時置換層必須具備排水條件。置換深度可根據凍深的分布狀況和襯砌結構的允許變位值計算確定[ 3 ] 。
4. 5 優化結構
常用的斷面形式有混凝土“U”形渠,梯形、弧形、弧形坡腳渠道等。混凝土襯砌結構采用楔形板、梁肋板、空心板等增強斷面抵抗能力。凍脹量較大時,可采用架空渠槽法或地下埋管法消減凍脹破壞。
4. 6 防治凍害的管理措施
①襯砌渠道的路線應盡量避開凍脹土和地下水埋深較淺的地段;盡量采用填方渠道,對挖方渠道應同時考慮旁滲水的排除措施[ 4 ] 。
②冬季不運行渠道,應在日平均氣溫穩定進入0℃前10天停水;冬季運行渠道,在負溫期必須連續通水,并保持在最低設計水位以上運行。
③每年應進行一次襯砌體的裂縫修補,使砌縫間填料保持原設計狀態;襯砌渠的封頂應保持完好,不允許有外水滲入襯砌體背后。
④應及時修補各種排水措施,保證排水通暢,冬季不運行渠道應在停水后及時清障;不允許渠內和排水溝內積水。
⑤渠堤外側,應植喜水性樹木護堤。
參考文獻
[1] 張國強. 混凝土防滲渠道凍害及防治措施. 山西水利科技, 2005, 2 (1) : 55～56 .
[2] 唐剛英. 關于防滲渠道防凍設計的設想. 塔里木農墾大學學報, 2003, 15 (4) : 61 .
[3] 那文杰. 寒冷地區渠道混凝土襯砌防凍害的幾個問題. 黑龍江水專學報, 2001, 28 (3) : 83～84.
[4] 水利部. 渠道防滲工程技術規范SL18 - 91. 水利電力出版社, 1992. 5.
