渠道防滲工程技術(shù)措施淺析

□王金濤 高 博

黑龍江屬東北部寒冷地區(qū)，灌區(qū)內(nèi)部渠基土多為凍脹土，地下水含量較高。因此，在進(jìn)行渠道混凝土面板防滲設(shè)計(jì)中，必須采取有效措施避免渠道混凝土板的破壞問題。

2009年，筆者配合某水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)某預(yù)制混凝土板防滲干渠的破壞情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：陽坡基本無凍脹破壞，僅個(gè)別混凝土板因質(zhì)量差而產(chǎn)生斷裂酥散，有關(guān)部門已進(jìn)行了維修；渠底有輕微凍脹破壞，渠底基本平整，局部有凍脹隆起?；炷涟逡蛸|(zhì)量差而產(chǎn)生斷裂酥散的比例約占30～50%。陰坡凍脹破壞問題較嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，有較明顯凍脹隆起現(xiàn)象的渠段達(dá)5 620m，局部已影響干渠運(yùn)行，需改造重建。

結(jié)合上述調(diào)查，本文對(duì)渠道混凝土面板產(chǎn)生破壞的類型、原因及修復(fù)措施進(jìn)行分析介紹，以期對(duì)今后的渠道防滲設(shè)計(jì)有所幫助。

一、渠道混凝土面板破壞的類型

東北地區(qū)混凝土板防滲渠道破壞現(xiàn)象，按其破壞狀態(tài)大致可分為以下兩類：一類是混凝土面板破裂、翹起、滑落，嚴(yán)重的渠道邊坡塌陷。在此類破壞狀態(tài)中，混凝土本身的強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等指標(biāo)改變很小或沒有發(fā)生改變，僅是混凝土面板的整體結(jié)構(gòu)受到破壞，我們稱之為凍脹破壞；另一種是混凝土面板表面受到侵蝕，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)，然后慢慢由外向內(nèi)發(fā)展，最后局部或整個(gè)混凝土板產(chǎn)生酥松，直至混凝土完全失去強(qiáng)度，我們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)水功能下降。隨著渠道斷面輸水率不斷變大，渠道的過水能力也會(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，對(duì)于存在凍脹土的寒冷地區(qū)、地下水對(duì)混凝土具有侵蝕性的地區(qū)，若在渠道防滲設(shè)計(jì)中對(duì)以上問題考慮不足，勢(shì)必影響整個(gè)工程效益的發(fā)揮，從而造成國家財(cái)產(chǎn)的損失。

二、渠道混凝土面板破壞的原因與維修

（一）渠道混凝土面板凍脹破壞的原因

渠道混凝土面板發(fā)生凍脹破壞的原因是渠基土發(fā)生凍脹。渠基土的凍脹與以下幾個(gè)因素有關(guān)：一是寒冷地區(qū)的氣溫是否長期低于0℃；二是基土中是否存在凍結(jié)的水分；三是基土的物理性質(zhì)，主要包括土的顆粒組成等。渠基土中含有土壤水，主要是由土粒子間填充的自由水和吸附在粒子周圍的束縛水組成。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總的表面積有關(guān)。針對(duì)渠道混凝土面板基土而言，因其多為夯實(shí)土，粒子間隙小，所以其含量的大小主要與粒子周圍束縛水有關(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的土體中所有土顆粒的表面積之和），粒子所吸附的水分也就是基土的含水量就越多。這樣，當(dāng)氣溫長時(shí)間處于0℃以下時(shí)，基土中水分就會(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，這將給其上的混凝土面板產(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。

（二）凍脹基土中的水分遷移原理

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順著溫度梯度方向向土壤水凍結(jié)峰面遷移，如果基土水分有充足的補(bǔ)給源，基土凍結(jié)峰面將會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的凍脹。因?yàn)槌Ｒ?guī)凍脹量一般為原來體積的10～50%，而在水分遷移的情況下，凍結(jié)峰面上的凍脹量可達(dá)到原來體積的數(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)，在此不再論述。

通過理論分析和工程實(shí)踐證明，粒徑大于0.1mm的基土因其所含水分較少，在其結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的膨脹力較小，不足以對(duì)混凝土板產(chǎn)生破壞；當(dāng)基土粒徑在0.1～0.05mm之間時(shí)，破壞較大，而當(dāng)粒徑在0.05～0.02mm 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)，其后依次降低的是粉質(zhì)土、亞黏土和亞砂土。

（三）預(yù)制混凝土防滲層的維修措施

對(duì)于混凝土防滲層的維修一般有以下幾種情況:

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，如果防滲層大致平整，無較大錯(cuò)位，裂縫較小，可以運(yùn)用過氯乙烯膠液涂料粘貼玻璃絲布的方法，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)；若屬大型渠道且裂縫又較大的，可采用填塞與粘貼相結(jié)合的方法修復(fù)。具體做法如下：一是清除縫內(nèi)、縫壁及縫口兩邊的泥土、雜物，保持清潔、干燥。二是縫壁涂刷冷底子油。三是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。四是填縫1～2 天后，沿縫口兩邊涂刷5cm 寬的過氯乙烯涂料一層，隨即沿縫口兩邊粘貼3～4cm 寬玻璃絲布一層、再涂刷涂料一層，粘貼第二層玻璃絲布，最后涂刷一層涂料。運(yùn)用此法過程中要注意涂刷均勻，玻璃絲布要粘平，不能有氣泡。

2.預(yù)制混凝土防滲層的修復(fù)。預(yù)制混凝土渠道包括板和U 型槽，其砌筑縫多采用水泥砂漿縫?；炷涟宸罎B渠道的砂漿填縫一般有以下缺點(diǎn)：一是砂漿強(qiáng)度低；二是施工擠壓不實(shí)；三是不能與混凝土板緊密結(jié)合，勾縫的砂漿容易脫落，有的從勾縫中長出了雜草，甚至當(dāng)有些小型填方渠道襯砌后，試放水時(shí)會(huì)出現(xiàn)垮渠等情況，能保持完好的工程很少。造成放水垮渠的原因，除了土方渠道質(zhì)量不好外，筆者認(rèn)為襯砌部分勾縫漏水是主要原因。為了保證工程質(zhì)量，建議采用方形或長方形混凝土預(yù)制板，塊的大小以便于施工為宜，厚度8～10cm，板縫留10～15cm，用高標(biāo)號(hào)混凝土填塞，人工、機(jī)械都能施工。要求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。對(duì)于舊渠防滲層砌筑縫的修復(fù)也可以這樣處理。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，搗平抹平后，保濕養(yǎng)護(hù)不得少于14 天。

3.混凝土防滲層表層的修復(fù)?；炷练罎B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)。泥砂漿修復(fù)方法：首先全部除掉已損壞的混凝土，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)壓平抹光后進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，不少于14 天。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，以減少砂漿干縮和增強(qiáng)砂漿強(qiáng)度。噴漿修復(fù)方法：如果條件允許，將水泥、砂和水的混合料用高壓設(shè)備噴射到修復(fù)部位即可。