關(guān)于混凝土襯砌渠道遭受凍害的探究

李 欽

（高密市水利局，山東 高密 261500）

1 前言

在山東地區(qū)的季節(jié)性凍土地區(qū)，有多種防滲襯砌渠道在工程中得到了應(yīng)用，而剛性襯砌渠道受氣候影響最為嚴(yán)重，由于凍脹破壞產(chǎn)生的變形、開裂以及滑塌影響了工程的正常運(yùn)行和效益的充分發(fā)揮的同時(shí)，也降低了渠道的使用壽命，讓防滲渠道的功效大大降低，為此，只有進(jìn)一步了解防滲襯砌渠道的凍脹規(guī)律，研究其起因，才能尋求合理有效的抗凍脹措施，保障渠道工程的有效運(yùn)行。

2 襯砌防滲渠道的凍脹破壞形式

2.1 表面剝蝕

由于混凝土材料內(nèi)含有水分，再加上施工條件的限制，表面混凝土內(nèi)水分含量并不平衡，在冬季低溫下材料內(nèi)水分容易凍結(jié)成冰，體積膨脹，當(dāng)其作用力大于混凝土強(qiáng)度時(shí)就會產(chǎn)生裂縫并增大吸水性，如此經(jīng)過多個(gè)凍結(jié)，即融化循環(huán)和應(yīng)力的反復(fù)作用，混凝土表面砂漿層就會逐漸剝蝕，搗振不實(shí)的混凝土材料會出現(xiàn)凍酥現(xiàn)象，嚴(yán)重危害整個(gè)渠道的運(yùn)行。

2.2 整體上抬

在渠深1 m左右的較小渠道內(nèi)，基土的凍脹不均勻性小，如果基渠大面積受凍，尤其是在襯砌整體性較好的渠道內(nèi)易發(fā)生整體的上抬，這種破壞性的上抬也是危害渠道安全的一種普遍形式。

2.3 鼓脹及裂縫

天氣寒冷時(shí)，渠道襯砌容易出現(xiàn)凍脹裂縫，而且多出現(xiàn)在順?biāo)鞣较虺叽巛^大的混凝土板上，裂縫的位置一般在渠坡腳以上1/4～3/4坡長范圍內(nèi)和渠底中部，當(dāng)冬季渠內(nèi)存水較多時(shí)，則會出現(xiàn)在水面附近的渠坡上。

2.4 隆起和架空

在地下水位較高的渠道內(nèi)，渠床基土距地下水位近，凍脹量較大，而渠頂凍脹量相對較小，這就容易造成混凝土襯砌大幅度的隆起和架空。這種現(xiàn)象一般會出現(xiàn)在坡腳或水面以上0.5～1.5 m坡長處和渠底中部，有時(shí)也會順坡向上形成數(shù)個(gè)臺階狀隆起。

2.5 凍融滑塌

渠道襯砌的凍融滑塌主要有兩種表現(xiàn)形式：一種是由于凍脹隆起和架空原因使坡腳的支承受到破壞，從而導(dǎo)致襯砌板墊層失去了穩(wěn)定平衡，因而基土融化時(shí)，上部板塊順坡向下滑移、錯(cuò)位、互相穿插；另一種是渠坡基土融化時(shí)的大面積滑坡，渠坡滑塌，導(dǎo)致坡腳處混凝土板被推開，上部襯砌板塌落下滑。

3 造成混凝土襯砌渠道凍脹的原因

從混凝土襯砌渠道遭凍脹破壞的表現(xiàn)形式來看，造成的原因可以分為以下幾個(gè)方面：①對凍脹和凍害的防護(hù)條件不夠，基本的防凍措施不足；②混凝土是剛性襯砌材料，較薄，抗拉強(qiáng)度較低，適應(yīng)拉伸變形或不均勻變形的能力差，在凍脹力或熱應(yīng)力的作用下容易破壞；③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，創(chuàng)造了結(jié)冰的條件；④冬季寒冷，持續(xù)低溫冷空氣的侵襲，易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(fā)育而引起凍脹；⑤渠道周圍土體多孔松散的特性為水分形成了存在和遷移空間。

4 混凝土襯砌渠道的防凍害措施

綜上所述的混凝土襯砌渠道的防凍類型和成因，在實(shí)際工程施工過程中應(yīng)結(jié)合具體的條件，從降低渠道基土的水分含量、隔斷外界水源對渠基的補(bǔ)給、降低地下水位、進(jìn)行管理維護(hù)幾個(gè)方面考慮，采取以下措施：

4.1 壓實(shí)法

壓實(shí)法是用壓實(shí)或強(qiáng)夯提高基土密實(shí)度、減少基土層水分蘊(yùn)含量的一種抗凍措施。在渠道施工過程中按照土壩施工要求，逐層碾壓強(qiáng)夯，達(dá)到干密度1 650 kg/m3的要求，讓強(qiáng)凍脹土轉(zhuǎn)變成無凍脹土層，進(jìn)而達(dá)到防凍脹的施工目的。

4.2 排水法

在渠床凍層下設(shè)置縱、橫向暗管排水系統(tǒng)，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，來降低基土含水量和地下水位，把渠床凍結(jié)層中的蘊(yùn)藏的重力水或渠道旁的滲水排到渠外。

4.3 隔水法

在襯砌板下采用埋藏式隔膜（如塑料薄膜、土工膜、瀝青油氈等）隔斷地下水對凍層的補(bǔ)給，同時(shí)防止渠道內(nèi)滲水，以減小渠床的凍脹，減少渠道破壞，鋪設(shè)隔膜時(shí)要注意隔膜的邊緣的壓縫，其次注意清理土層動(dòng)植物，避免對隔膜的穿刺影響隔膜的效果。

4.4 替代法

在凍結(jié)深度內(nèi)將襯砌板下的凍脹性土用砂礫石等非凍脹層代替，替代材料與原狀土之間應(yīng)設(shè)置反濾層或者用非織造土工織物隔離，同時(shí)替代層必須具備排水條件。置換深度可根據(jù)凍深的分布狀況和襯砌結(jié)構(gòu)的允許變位值計(jì)算確定。

4.5 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

常用的斷面形式有混凝土“U”形渠、弧形坡腳渠、梯形、弧形渠等?；炷烈r砌結(jié)構(gòu)采用楔形板、梁肋板、空心板等增強(qiáng)斷面抵抗能力。凍脹量較大時(shí)，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

襯砌渠道的路線應(yīng)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(yīng)同時(shí)考慮旁滲水的排除措施。冬季不運(yùn)行渠道，應(yīng)在日平均氣溫穩(wěn)定進(jìn)入0 ℃前10 d停水；冬季運(yùn)行渠道，在負(fù)溫期必須連續(xù)通水，并保持在最低設(shè)計(jì)水位以上運(yùn)行。每年應(yīng)進(jìn)行一次襯砌體的裂縫修補(bǔ)，使砌縫間填料保持原設(shè)計(jì)狀態(tài)；襯砌渠的封頂應(yīng)保持完好，不允許有外水滲入襯砌體背后，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)各種排水措施，保證排水通暢，冬季不運(yùn)行渠道應(yīng)在停水后及時(shí)清障，不允許渠內(nèi)和排水溝內(nèi)積水，渠堤外側(cè)，應(yīng)植喜水性樹木護(hù)堤。