摘要： 在我国北方季节性冻土地区,混凝土衬砌渠道普遍存在冻胀破坏问题。本文分析了混凝土衬砌渠道冻胀破坏的形式和成因,提出防治冻害的措施。
关键词： 混凝土;渠道;冻融破坏;防治措施
中图分类号：: TV698. 26 文献标识码: B
1 引言
在我国北方季节性冻土地区,各种防渗衬砌渠道,特别是刚性衬砌渠道由于冻胀破坏产生的不能允许的变形、开裂和滑塌现象,严重影响了工程的正常运行和效益的充分发挥,大大降低了渠道的使用寿命。因此就要从渠道的冻胀规律入手,寻求合理的抗冻胀措施。
2 冻胀破坏形式
2. 1 表面剥蚀
混凝土材料内含有一定水分,在负温下冻结成冰,体积膨胀,其作用力大于混凝土强度时就会产生裂缝并增大吸水性,如此经过多个冻结———融化循环和应力的反复作用,混凝土表面砂浆层就会剥蚀,捣振不实的混凝土甚至出现冻酥现象[ 1 ] 。
2. 2 鼓胀及裂缝
渠道衬砌的冻胀裂缝。多出现在尺寸较大的混凝土板顺水流方向,缝位一般在渠坡脚以上1 /4～3 /4坡长范围内和渠底中部。当冬季渠内存水时,一般出现在水面附近的渠坡上。
2. 3 隆起、架空
在地下水位较高的渠段,渠床基土距地下水位近,冻胀量大,而渠顶冻胀量小,造成混凝土衬砌大幅度隆起、架空。这种现象一般出现在坡脚或水面以上0. 5～1. 5m坡长处和渠底中部,有时也顺坡向上形成数个台阶状[ 2 ] 。
2. 4 整体上抬
渠深1m左右的较小渠道,基土的冻胀不均匀性较小,尤其衬砌整体性较好的渠道可能发生整体上抬。
2. 5 滑塌
渠道衬砌的冻融滑塌有两种形式: ①由于冻胀隆起、架空,使坡脚支承受到破坏,衬砌板垫层失去稳定平衡,因而基土融化时,上部板块顺坡向下滑移,错位,互相穿插; ②渠坡基土融化期的大面积滑坡,渠坡滑塌,导致坡脚处混凝土板被推开,上部衬砌板塌落下滑[ 2 ] 。
3 造成混凝土衬砌渠道冻胀的原因
冻胀破坏的原因可归纳为4 方面: ①土体的多孔松散特征形成水分存在和迁移空间; ②灌溉输水水分的入渗增大土体含水量, 甚至使土体水分饱和, 造成结冰的条件; ③冬季寒冷, 持续低温冷空气的侵袭, 造成土体冻层和未冻层(包括地下水)水分迁移、分凝冰层形成与发育而引起冻胀; ④对冻胀和冻害的防护条件不够。混凝土是刚性衬砌材料,较薄,抗拉强度较低,适应拉伸变形或不均匀变形的能力差,在冻胀力或热应力的作用下容易破坏。
4 混凝土衬砌渠道的防冻害措施
根据冻害成因分析并结合工程具体条件,应降低渠基土的水分、隔断外界水源对渠基的补给、降低地下水位、进行管理维修等,可采取如下措施:
4. 1 压实法
压实法是用压实或强夯提高基土密实度的一种抗冻措施。在渠道施工过程中按照土坝施工要求,分层碾压,要求干密度达到1650kg/m3 ,使强冻胀土变成无冻胀土壤,从而达到防治冻胀的目的。
4. 2 排水法
在渠床冻层下设置纵、横向暗管排水系统,排水管可采用带级配的反滤砂石料,也可用波纹塑料管或土工织物等材料,来降低地下水位和基土含水量,把渠床冻结层中的重力水或渠道旁渗水排出渠外。
4. 3 隔水法
在衬砌板下采用埋藏式隔膜(如土工膜、塑料薄膜、沥青油毡等)隔断地下水对冻层的补给,以减小渠床的冻胀。
4. 4 换填法
在冻结深度内将衬砌板下的冻胀性土换成砂砾石等非冻胀性土(土中粒径小于0. 05mm的土粒重量不大于土样总重量的6% ) ,置换材料与原状土之间应设置反滤层或用非织造土工织物隔离,同时置换层必须具备排水条件。置换深度可根据冻深的分布状况和衬砌结构的允许变位值计算确定[ 3 ] 。
4. 5 优化结构
常用的断面形式有混凝土“U”形渠,梯形、弧形、弧形坡脚渠道等。混凝土衬砌结构采用楔形板、梁肋板、空心板等增强断面抵抗能力。冻胀量较大时,可采用架空渠槽法或地下埋管法消减冻胀破坏。
4. 6 防治冻害的管理措施
①衬砌渠道的路线应尽量避开冻胀土和地下水埋深较浅的地段;尽量采用填方渠道,对挖方渠道应同时考虑旁渗水的排除措施[ 4 ] 。
②冬季不运行渠道,应在日平均气温稳定进入0℃前10天停水;冬季运行渠道,在负温期必须连续通水,并保持在最低设计水位以上运行。
③每年应进行一次衬砌体的裂缝修补,使砌缝间填料保持原设计状态;衬砌渠的封顶应保持完好,不允许有外水渗入衬砌体背后。
④应及时修补各种排水措施,保证排水通畅,冬季不运行渠道应在停水后及时清障;不允许渠内和排水沟内积水。
⑤渠堤外侧,应植喜水性树木护堤。
参考文献
[1] 张国强. 混凝土防渗渠道冻害及防治措施. 山西水利科技, 2005, 2 (1) : 55～56 .
[2] 唐刚英. 关于防渗渠道防冻设计的设想. 塔里木农垦大学学报, 2003, 15 (4) : 61 .
[3] 那文杰. 寒冷地区渠道混凝土衬砌防冻害的几个问题. 黑龙江水专学报, 2001, 28 (3) : 83～84.
[4] 水利部. 渠道防渗工程技术规范SL18 - 91. 水利电力出版社, 1992. 5.
