襯砌渠道修復(fù)工程中的技術(shù)措施

郭建梅,湯黨球

(1.黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱 150090;2.黑龍江農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司,哈爾濱 150090)

據(jù)對(duì)灌區(qū)預(yù)制混凝土板防滲干渠的破壞情況調(diào)查結(jié)果顯示:陽(yáng)坡基本無(wú)凍脹破壞問(wèn)題,除個(gè)別因施工質(zhì)量問(wèn)題混凝土板而產(chǎn)生斷裂酥松外,其他基本完好;渠底有輕微凍脹破壞問(wèn)題,渠底基本平整,局部有凍脹隆起;陰坡凍脹破壞問(wèn)題較嚴(yán)重,有較明顯的凍脹隆起,局部段已影響到干渠運(yùn)行穩(wěn)定。

調(diào)查的灌區(qū)屬寒冷地區(qū),灌區(qū)渠基土又多為凍脹土,且地下水含鹽量較高。所以在對(duì)渠道進(jìn)行混凝土面板防滲設(shè)計(jì)中,如何有效避免渠道板的破壞問(wèn)題,成了灌區(qū)節(jié)水改造是否成功的關(guān)鍵。本文將對(duì)因凍脹引起板破壞的類型、原因及修復(fù)工程技術(shù)措施進(jìn)行分析介紹,以期對(duì)襯砌渠道防滲設(shè)計(jì)有所幫助。

1 渠道混凝土面板破壞的類型

通過(guò)對(duì)混凝土板防滲渠道破壞現(xiàn)象的分析來(lái)看,按其破壞狀態(tài)大致可分為以下兩種:一種是面板破裂,翹起、滑落、嚴(yán)重的渠道邊坡塌陷,在此類破壞過(guò)程中,混凝土本身的強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等指標(biāo)改變很小或沒(méi)有發(fā)生改變,僅是面板的整體結(jié)構(gòu)受到破壞,這種破壞稱之為凍脹破壞;另一種情況是面板表面受到侵蝕,主要是混凝土與土壤水中的酸類、鹽類等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),然后慢慢向由外向內(nèi)發(fā)展,最后板局部或整個(gè)板產(chǎn)生酥松,直到混凝土完全失去強(qiáng)度,這種稱之為渠道混凝土面板的侵蝕破壞。兩種破壞形式雖不相同,但最后都將導(dǎo)致渠道節(jié)水效果的嚴(yán)重下降。另外,隨著渠道斷面輸水糙率不斷變大,渠道的過(guò)水能力也會(huì)大大降低,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致整個(gè)渠道喪失輸水功能。因此,在存在凍脹土的寒冷地區(qū)以及地下水對(duì)混凝土具有侵蝕性的地區(qū),渠道防滲設(shè)計(jì)如果對(duì)以上問(wèn)題考慮不足,勢(shì)必會(huì)影響到整個(gè)工程效益的發(fā)揮,從而造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失。

2 渠道混凝土面板破壞的原因

渠道面板發(fā)生凍脹破壞的主要原因是渠基土發(fā)生凍脹,渠基土的凍脹與以下幾個(gè)因素有關(guān):①寒冷地區(qū)的氣溫是否長(zhǎng)期低于 0℃;②基土中是否存在凍結(jié)的主體—水份;③基土的物理性質(zhì),主要包括土的顆粒組成等。以下針對(duì)這幾個(gè)因素作以分析。

2.1 各因素間的相互關(guān)系

渠基土中含有土壤水,這些土壤水主要是由土壤粒子間填充的自由水和吸附在粒子周?chē)氖`水組成,自由水的多少與粒子間空隙的大小有關(guān),束縛水的多少與土粒子的總表面積有關(guān)。針對(duì)渠道混凝土面板基土來(lái)說(shuō),因?yàn)槠涠酁楹粚?shí)土,粒子間隙小,所以其含水量的大小主要與粒子周?chē)`水有關(guān)。而束縛水的多少又與基土的性質(zhì)有關(guān),即土質(zhì)組成顆粒越細(xì),其顆粒的比面積就越大(比面積為1g土體中所有土顆粒的表面積之和),粒子所吸附的水份也就是基土的含水量就越多。這樣,當(dāng)氣溫長(zhǎng)時(shí)間處于 0℃以下時(shí),基土中水份就會(huì)結(jié)冰,根據(jù)水在結(jié)冰時(shí)體積增大 0.09倍的性質(zhì),基土的體積也將增大,這將給其上的面板產(chǎn)生向上的推力,如果該力足夠大,將引起混凝土面板在該力方向上的位移,或使板體本身發(fā)生破裂、翹起、滑落,嚴(yán)重的將導(dǎo)致渠道邊坡塌陷。

2.2 凍脹基土中的水份遷移原理

因?yàn)樵诓煌令w粒表面吸附水之間存在著電位差,當(dāng)氣溫長(zhǎng)時(shí)間低于 0℃時(shí),在該電位差和毛管水表面張力的共同作用下,土顆粒表層的活躍水分子將會(huì)順著溫度梯度方向,向土壤水凍結(jié)峰面遷移,如果基土水份有充足的補(bǔ)給源,基土凍結(jié)鋒面將會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的凍脹。因?yàn)槌Ｒ?guī)凍脹量一般為原來(lái)體積的 10%～50%,而在水份遷移的情況下,凍結(jié)鋒面上的凍脹量可達(dá)到原來(lái)體積的數(shù)倍。在重力作用下,凍土水分垂直遷移以及毛細(xì)管水上升高度都有一定的范圍,該范圍的大小與土質(zhì)有關(guān)。

理論分析和工程實(shí)踐證明,粒徑＞0.1m m的基土,因其所含水份較少,在其結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的膨脹力較小,不足以對(duì)面板產(chǎn)生破壞;當(dāng)基土粒徑在0.1～0.05m m時(shí),破壞較大,而當(dāng)粒徑在0.05～0.002m m時(shí),基土凍脹破壞最強(qiáng)。按照土質(zhì)的分類,黏土的凍脹破壞最強(qiáng),其次是粉質(zhì)土、亞黏土和亞砂土。

3 預(yù)制混凝土防滲層修復(fù)措施

預(yù)制混凝土防滲層的修復(fù)主要有以下幾種情況:

3.1 現(xiàn)澆混凝土防滲層的裂縫修復(fù)

當(dāng)混凝土防滲層發(fā)生裂縫后,如果防滲層仍大致平整,無(wú)較大錯(cuò)位,裂縫較小的情況,可以運(yùn)用過(guò)氯乙烯膠液涂料黏貼玻璃絲布的方法,進(jìn)行修復(fù)。而對(duì)于裂縫較大者,可采用填筑伸縮縫的方法修復(fù)。對(duì)于大型渠道裂縫又較大的,可采用填塞與黏貼相結(jié)合的方法修復(fù)。具體做法如下:

1)清除縫內(nèi)、縫壁及縫口兩邊的泥土、雜物,保持清潔、干燥。

2)縫壁涂刷冷底子油。

3)將煤焦油填料或焦油塑料膠泥填入縫內(nèi),填壓密實(shí),保持表面平整光滑。

4)填好縫 1～2 d后,沿縫口兩邊涂刷5 c m寬的過(guò)氯乙烯涂料一層,隨即沿縫口兩邊黏貼 3～4 c m寬玻璃絲布一層、再涂刷涂料一層、黏貼第二層玻璃絲布,最后涂刷一層涂料。在運(yùn)用此方法中,要注意涂料要涂刷均勻,玻璃絲布要黏平,不能有氣泡。

3.2 預(yù)制混凝土防滲層的修復(fù)

3.2.1 混凝土防滲層砌筑縫的修復(fù)

預(yù)制混凝土渠道包括板和U型槽,其砌筑多采用水泥砂漿縫。面板防滲渠道的砂漿填縫一般有以下缺點(diǎn):①砂漿強(qiáng)度低;②施工擠壓不實(shí);③不能與混凝土板緊密結(jié)合,勾縫的砂漿容易脫落,有的從勾縫中長(zhǎng)出了雜草,甚至有些小型填方渠道襯砌完后,試水時(shí)發(fā)生垮渠等破壞情況,能保持完好的工程基本很少。造成原因,除了其他因素外,筆者認(rèn)為襯砌部分勾縫的漏水是主要的原因。為了保證工程質(zhì)量,建議對(duì)混凝土預(yù)制板改用方形或長(zhǎng)方形,塊的大小應(yīng)便于施工為宜,厚度 8～10 c m為好,板縫留 10～15 c m用高標(biāo)號(hào)混凝土填充,人工機(jī)械均能施工,振搗出漿與混凝土板能緊密結(jié)合,使襯砌段形成整體,基本達(dá)到現(xiàn)澆的質(zhì)量。舊渠防滲層砌筑縫的修復(fù)也可以先鑿除縫內(nèi)水泥砂漿塊,將縫壁、縫口沖刷干凈,用與混凝土板相同標(biāo)號(hào)的水泥砂漿填塞,搗實(shí)抹平,保濕養(yǎng)護(hù)不得少于14 d。

3.2.2 混凝土防滲層表層的修復(fù)

混凝土防滲層表層損壞,如剝蝕,孔洞等,可采取水泥砂漿修補(bǔ),有條件時(shí)可采用噴漿法修復(fù)。

1)砂漿修復(fù)方法:首先必須全部除掉已損壞的混凝土,并對(duì)修補(bǔ)部位進(jìn)行鑿毛處理,沖洗干凈,然后在工作面保持濕潤(rùn)的狀態(tài)下,將拌和好的砂漿用木抹抹到修補(bǔ)部位,反復(fù)壓平,用鐵抹抹光后,保濕養(yǎng)護(hù)不少于14 d。如果修補(bǔ)部位深度較大時(shí),可在水泥砂漿中摻和適量的礫料,作用是可以減少砂漿干縮和增強(qiáng)砂漿強(qiáng)度。

2)噴漿修復(fù)方法:如果條件允許,可以采用此方法。方法是將水泥、砂和水的混合料用設(shè)備經(jīng)高壓通過(guò)噴頭噴射到修復(fù)部位。

3.3 混凝土防滲層的翻修

3.3.1 舊板拆除,重新鋪筑

混凝土防滲層如若損壞嚴(yán)重,例如破碎、錯(cuò)位,滑坍等的情況下,應(yīng)拆除損壞部位,處理好地基土重新鋪筑。在鋪筑時(shí)要特別注意新舊混凝土的結(jié)合面處理好。方法是結(jié)合面鑿毛沖洗后,涂一層厚2c m的水泥凈漿,才能開(kāi)始鋪筑新混凝土,同樣鋪筑好的混凝土要注意保濕養(yǎng)護(hù)。

3.3.2 舊板不拆,加鋪新板

現(xiàn)有混凝土板不拆除,在其上整平后加鋪新板。

3.3.2.1 現(xiàn)澆混凝土方案

把舊混凝土凍脹隆起的部分壓平后,在上面鋪設(shè)保溫板(聚苯保溫板),然后鋪一層塑料薄膜,完成后在其上再鋪筑素混凝土。苯板和現(xiàn)澆混凝土的厚度應(yīng)通過(guò)計(jì)算得出。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是比較適合渠道現(xiàn)狀,較美觀。缺點(diǎn):工期長(zhǎng),施工質(zhì)量較難控制,不適應(yīng)工程在干渠輸水間隔期施工,工期短的要求。

3.3.2.2 預(yù)制混凝土板方案

把舊混凝土凍脹隆起的部分壓平后,在上面鋪設(shè)保溫板(聚苯保溫板),然后鋪一層塑料薄膜,砂漿找平后,鋪筑混凝土板。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是混凝土板可集中預(yù)制,混凝土質(zhì)量易控制,集中鋪砌,適應(yīng)工程在干渠輸水間隔期施工,工期短的要求。缺點(diǎn):混凝土板尺寸固定,難以適合渠道現(xiàn)狀尺寸。

采用聚苯板對(duì)受凍害渠道進(jìn)行防凍壞處理,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)是可行的。兩種方案中聚苯板的選擇:①要選擇重質(zhì)聚苯板,抗壓強(qiáng)度不得＜2 k g/c m2。②聚苯板得厚度選擇可以根據(jù)實(shí)際基礎(chǔ)埋深與規(guī)定最小埋深之差選定。一般為 10∶1,即:每10c m埋深差,選1 c m厚保溫板,因?yàn)榫郾桨宓膶?dǎo)熱系數(shù)為0.03～0.05 w/M K,是一般濕土的導(dǎo)熱系數(shù)十分之一。

[1] 曲洪彬,曲洪雷,曹春頂.混凝土渠道的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)[J].黑龍江水利科技,2006,34(3):50-51.