建平县白山灌区混凝土防渗渠道冻害的产生原因

摘要分析了辽宁省建平县白山灌区混凝土防渗渠道冻害的产生原因,提出了相应的预防与修补措施,为提高该地水资源利用率,改善自然环境提供参考。
　　关键词混凝土防渗渠道;冻害;产生原因;防护措施;辽宁建平;白山灌区
　　
　　建平县白山灌区灌溉面积1 566.67 hm2,白山水库水渠长2 km,是建平县内运行情况较好、渠系较完整的中型灌区。由于建平县无霜期较短,仅为125 d左右,气候寒冷,时间延续较长,冻土层深达1.8 m,渠道防冻成了渠道维护的重要问题。几年来,在建平县白山灌区混凝土防渗工程设计施工中,普遍采用换填砂石、增加苯板保温层等技术保证措施,达到了防止混凝土防渗渠道因为冻胀而遭受破坏的目的。混凝土渠道防渗具有一次性投资比较大、防渗效果好、运行安全的特点,是目前建平县白山灌区普遍采用的一种渠道防渗技术措施,在灌区续建配套与节水改造项目的实施中起到了节约用水、提高水资源利用率、改善自然环境的作用。
　　
　　1混凝土渠道防渗冻害的产生原因
　　
　　混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的,这些材料具有一定的吸水性,又长期处在水环境中,在负温条件下,体积会发生膨胀,经过冻胀、融化循环和应力的反复作用,最终导致混凝土的冻融破坏。混凝土(预制混凝土板)属于刚性材料,具有较高的抗压强度,但抗拉强度较低,适应拉伸变形或不均匀变形的能力较差[1]。在冻胀力或热应力的作用下,容易破坏,其破坏形式:一是鼓胀及裂缝。在冬季,混凝土板与渠床基土冻结成一个整体,承受着冻结力、冻胀力以及混凝土板本身收缩产生的拉应力等,当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应力时,板体就发生破坏。WWw.lw881.com二是架空隆起。在地下水位较高的渠段,渠床基土距地下水近,冻胀量大,而渠顶冻胀小,造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。这种现象一般出现在坡脚或水面以上0.5 m坡长处和渠底中部。三是滑塌。渠道衬砌的冻融滑塌有2种形式,一种是由于冻胀引起混凝土板隆起架空,使得坡脚支承受到破坏,混凝土板垫层失去稳定平衡,因而基土融化时,上部混凝土板块顺坡向下滑移、错位、互相穿插、迭叠;另一种是渠坡基土融化期的大面积滑坡,使渠坡滑塌,导致坡脚混凝土板被推开,上部混凝土板塌落下滑[2-3]。
　　
　　2预防措施
　　
　　混凝土渠道防渗是否产生冻胀破坏以及破坏程度如何等取决于基土冻结时水分迁移和冻胀作用。而这些作用又和当时当地的土质、含水量、负温度及工程结构等因素有关。若采取措施消除或改善其中1个因素,就有可能防止混凝土的冻胀破坏。但是,混凝土渠道防渗多处在黏质土壤上,渠水易于补给基土,混凝土板体重量轻,抗冻胀能力弱,某些渠段无法避免自然和人为的不利条件,易于遭受冻害。因此,采取单一措施难以达到不冻胀的目的。实践证明,防治混凝土渠道的冻害,要针对产生冻胀的原因,根据工程具体条件采取综合措施。从渠系规划布置、基土处理、排水、保温、衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手,采用适宜的防冻害措施[2-4]。
　　2.1避免冻胀
　　避免冻胀是在混凝土渠道防渗工程的规划设计中,注意避开出现较大冻胀量的自然条件,或者在冻胀性土区,注意避开冻胀对渠道混凝土的作用,尽可能避开黏质土壤、松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段,选择透水性较强的、不易产生冻胀的地段,或地下水位埋藏较深的地段。将混凝土渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。尽可能采用填方渠道。选择地形较高的脊梁地带。有渗水和地面回归水入渠的渠段,尽量有排水设施。另外,还可规划布置林带,多种柳树,因柳树根须发达,可以改善渠床基土环境,有利于防冻害。
　　2.2削减冻胀
　　渠床基土在冻胀消融的反复作用下,产生冻胀累积或变形情况时,可采用适宜的削减冻胀措施,将基土的最大冻胀量削减到混凝土结构允许变位范围内。主要有3种方法:一是换填法。该方法是在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀性材料如砂石、级配碎石的一种方法。级配碎石一般是由预先筛分成几个大小不同粒级的碎石组配而成,具有良好的稳定性和强度。砂石、级配碎石垫层本身不会产生冻胀,而且能排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区迁移,能有效地减少冻胀,防止冻害现象的发生。换填的砂石、级配碎石垫层中粘土杂质含量一般不宜大于5%,特别是换填层有饱水条件冻结时,必须保证冻结期换填层有排水出路。若混凝土板缝渗漏水或傍渗水的含泥量足以污染换填层时,应在换填层外围设置1层土工薄保护。二是隔热保温。该方法是将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后,减轻或消除寒冷,并可减少换填垫层深度,隔断下层土的水分补给,从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。目前随着化学工业的发展,苯板等新型保温材料在混凝土渠道防渗工程中被普遍采用,对削减冻深和冻胀的效果良好。这种保温材料具有自重轻、强度高、吸水性低、隔热性好、运输和施工方便等优点。三是压实法。该方法可使基土的干密度增加,孔隙率降低,透水性减弱。密度较高的压实土冻结时,具有阻碍水分迁移、聚集,从而削减甚至消除冻胀的能力[5]。

　　3修补措施
　　
　　3.1裂缝修补
　　一是现浇混土防渗渠道的裂缝修补。当混凝土防渗渠道发生裂缝后,只要混凝土表面大致平整,无较大错位时,可用过氯乙烯胶液涂料粘贴玻璃丝布的方法进行修补。较大的渠道裂缝可用填塞的方法修补。首先清除缝内、缝壁及缝口两边的泥土、杂物,使其清洁、干燥,然后再将煤焦油、沥青或塑料胶泥填入缝内,填压密实,使表面平整光滑。二是预制混凝土板防渗渠道砌筑缝的修补。预制混凝土板的砌筑缝,多是水泥砂浆缝,容易出现开裂、掉块等现象,如不及时修补,将会加大渗漏损失,造成更大的损失。修补方法是:凿除缝内水泥砂浆块,将缝壁、缝口冲洗干净,用与混凝土板同标号的水泥砂浆填塞,捣实抹平后,保湿养护不得少于14 d。
　　3.2防渗板、防渗层和防渗渠道的修补
　　一是混凝土防渗板表层损坏的修理。混凝土防渗板表层损坏,如剥蚀、孔洞等,可采用水泥浆修补。首先必须全部除掉已损坏的混凝土,并对修补部位进行凿毛处理,冲洗干净,然后在工作面保持湿润的情况下,先将砂浆用木抹子抹在修补的部位,反复压平,再用铁抹子抹光,保湿养护不少于14 d。当修补部位深度较大时,可在水泥砂浆中掺适量小石子,以减少砂浆干缩和增强砂浆强度。二是混凝土防渗层的修补。混凝土防渗层损坏严重,如破碎、错位、滑动坍滑等,应拆除损坏部位,重新填筑。填筑时要将新旧混凝土的接合面处理好。接合面凿毛冲洗后,需涂1层厚1 mm的水泥净浆,才能开始填筑混凝土。填筑好的混凝土,要注意保湿养护。翻修中拆除的混凝土要尽量利用。如现浇板能用的部分,可以不拆除。能用的预制板,尽量重新使用。破碎的混凝土、能用的石子,也可作混凝土骨料[6]。三是防渗渠道运行中的抢修。渠道在运行过程中,出现局部决口、滑坡等情况时,应紧急停水或降低水位;同时用石子或土工编织袋装砂土堵塞等进行临时处理。待行水结束后,再进行正规修理。
　　
　　4参考文献
　　[1] 单长河.混凝土防渗墙施土常见事故原因分析及处理方法——以黄壁庄水库副坝加固工程为例[j].河北工程技术高等专科学校学报,2003(2):34-37.
　　[2] 管郁.浅谈西北地区混凝土防渗渠道裂缝产生原因及预防、处理措施[j].内蒙古水利,2009(2):68-69.
　　[3] 马越军,刘爱林.麦盖提基地农场混凝土防渗干渠冻胀原因及防止措施[j].新疆农业科学,2007,44(b06):227-229.
　　[4] 纪连成,尹天波,王澍.混凝土防渗渠道冻害破坏原因及防治措施[j].黑龙江水利科技,2006,34(4):202.
　　[5] 许兆秋,袁春梅.寒区渠道防渗面板冻害成因及控制措施[j].黑龙江水利科技,2009(6):185.
　　[6] 刘文生,姚静波.高地下水强透水渠段混凝土防渗渠道抗冻害处理[j].防渗技术,1998,4(1):32-35.