試論灌區(qū)混凝土防滲渠道凍脹防治措施

杜加長

【摘 要】針對灌區(qū)混凝土防滲渠道的凍脹破壞現(xiàn)象，本文結(jié)合實際情況，從混凝土防滲渠道凍脹破壞的形式入手，著重分析了凍脹原因，并在其基礎(chǔ)上探討了幾種實際、可行的防治方法，以供相關(guān)人士參考。

【關(guān)鍵詞】灌區(qū)；混凝土防滲；防滲渠道；凍脹；防治措施

由于混凝土本身就具有一定的施工缺陷，所以混凝土工程在施工和使用中難免會因為出現(xiàn)質(zhì)量病害。針對混凝土的施工缺陷，所以灌區(qū)渠道工程在修建時普遍采用混凝土渠道防滲技術(shù)，有效避免了渠道滲漏現(xiàn)象發(fā)生。但鑒于天時不利，灌區(qū)進入冬季以后，過低的溫度會對混凝土防滲渠道造成影響，嚴重者還會導(dǎo)致渠道發(fā)生凍脹現(xiàn)象，給渠道工程的施工管理帶來諸多麻煩，因此需要對其進行有效處理。下面就灌區(qū)混凝土防滲渠道的凍脹問題進行探討。

1.混凝土防滲渠道的凍脹破壞形式

無可厚非，混凝土防滲渠道發(fā)生凍脹現(xiàn)象的時間大多處于冬季，因溫度過低而導(dǎo)致。在以往的凍脹破壞案例中，混凝土防滲渠道發(fā)生凍脹現(xiàn)象的表現(xiàn)形式主要包括：

1.1現(xiàn)澆混凝土底板破裂

在冬季溫度過于低下的情況下，一些未設(shè)置縱向分縫的渠道的混凝土底板容易發(fā)生裂縫破壞。通常情況下，裂縫的發(fā)生的位置大多處于渠道底部的中心或中心線，裂縫寬度多維持在0.1～1cm范圍內(nèi)，裂縫長度較長且存在不確定性，可能會在裂縫形成后期持續(xù)延長。有些裂縫甚至貫通了整條渠道。

1.2隆起

混凝土板發(fā)生隆起現(xiàn)象，其主要原因除了溫度過低之后，還緣于地下水位偏高。在一些地下水位相對較高的渠段，由于渠道地基土的凍脹程度比較嚴重，而渠道頂部的凍脹程度又相對較小，這就容易造成混凝土襯砌板隆起。渠道隆起時，其隆起高度大多保持在1～4cm。盡管渠道隆起現(xiàn)象在來年開春化凍之后會有所復(fù)原，但這種復(fù)原是有一定限制的，并不能完全復(fù)原。并且由于隆起渠段地基土的含水量相對偏高，經(jīng)凍結(jié)、融化之后，基土內(nèi)的融水會因受到外界因素影響而從基土中溢出，從而導(dǎo)致渠道細砂墊層產(chǎn)生位移，移動下墜，給下部的混凝土面板施加壓力，并擠拱面板。等到來年再次被凍脹時，混凝土防滲渠道面板的隆起程度將更加嚴重，甚至有可能發(fā)生滑坡現(xiàn)象。

1.3預(yù)制混凝土板出現(xiàn)鼓脹、滑塌現(xiàn)象

預(yù)制混凝土板鼓脹現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：預(yù)制板幾塊或成片鼓起，鼓脹高度高達2～6厘米。鼓脹是發(fā)生滑塌的前提，由于預(yù)制混凝土鼓脹現(xiàn)象多發(fā)生于去渠道底部和邊坡的下部，當鼓脹高度過高時，就有可能使預(yù)制混凝土板失去平衡，進而導(dǎo)致邊坡滑塌。

2.防滲渠道凍脹原因分析

通過上述對混凝土防滲渠道凍脹破壞形式的分析，得出凍脹對混凝土渠道質(zhì)量的影響很大。為了改善渠道凍脹破壞狀況，提高混凝土防滲渠道質(zhì)量，我們需要對渠道凍脹破壞的原因進行分析，并參照分析結(jié)果探求相應(yīng)的解決對策?，F(xiàn)對混凝土防滲渠道凍脹原因作詳細分析。

產(chǎn)生凍脹的成因主要是土體中的水分凝結(jié)成冰，因體積擴張致使土壤顆粒發(fā)生位移，土體膨脹后受建筑物約束產(chǎn)生凍脹力，造成建筑物變形。負溫條件下地下水受溫差影響向地表凍結(jié)土層轉(zhuǎn)移積聚，增加凍脹量。因此，地下水的存在特征、基本含水量和土壤特性成為決定凍脹程度的主要因素。本灌區(qū)土質(zhì)在凍結(jié)過程中可產(chǎn)生較大的水分轉(zhuǎn)移積聚。

2.1渠基上抬高度不足

老渠改建和老渠一側(cè)新建的防滲渠道，受地形限制，往往不能上抬足夠高度。渠道因處常年灌溉區(qū)內(nèi)，沿線地下水位較高，渠基土層水分補給充分，致使基礎(chǔ)含水量較高。凍結(jié)過程中，地下水受溫差產(chǎn)生的滲透力作用，沿毛細管源源不斷地上升積聚，不斷加大基土凍脹量，對渠道防滲面板產(chǎn)生較大的凍脹作用。實際表明，這些渠段的凍脹破壞比較普遍，也較為嚴重。

2.2渠堤密實度不夠

部分由民工填筑完成的渠道，渠堤密實度達不到設(shè)計要求，薄弱環(huán)節(jié)較多。因土體密實度較低，地下水易受毛細管作用而大量上升，使渠堤含水量迅速地大量增加，凍結(jié)過程中可產(chǎn)生較大的凍脹力。春季化凍時，這些渠堤易受外溢水滲透力作用而發(fā)生變形，嚴重者產(chǎn)生滑坡和流土破壞，危及渠道安全。

2.3防滲塑膜接縫不嚴或損壞

防滲塑膜的連結(jié)多采用搭接法和扣接法，少數(shù)采用了焊接法，但施工質(zhì)量不同，施工中造成的部分破損也未能修補，存在集中滲漏通道。由于板間接縫不可靠，且易損壞，尤其是預(yù)制板襯砌渠道，板間分縫開裂、分離現(xiàn)象較普遍，渠水易浸入到達防滲塑膜層，再經(jīng)塑膜連結(jié)處和破損處滲入渠堤，自內(nèi)補給水分，增加基土含水量。因此，入冬前的冬灌對渠道的凍害防治是不利的。春季化凍時，基土水分經(jīng)滲入通道反向外溢，引起墊層和邊坡變形，影響渠道運行安全。

2.4細砂墊層含粉土量偏高

設(shè)墊層替換凍脹土是防止凍脹破壞的有效措施之一。風積砂具有導(dǎo)溫系數(shù)高、透水性強的特點，屬弱凍脹土。灌區(qū)內(nèi)風積砂分布較多，故防滲渠道均采用風積砂做墊層，但部分風積砂源含粉土量偏高，有的高達17%，甚至更高，本身已屬于凍脹土，用于渠道墊層，無法起到防凍漲作用。

2.5設(shè)計上的缺陷

渠底是最易受凍脹破壞的部位。有些小斷面渠道，渠底現(xiàn)澆混凝土板未設(shè)計縱縫，因底板兩側(cè)受邊坡擠壓，中部受到拱力作用，無法釋放，稍有凍脹或滑坡，底板中部就成為數(shù)力集中作用點，可輕易折斷，在渠底形成一條長長的裂縫。渠底未設(shè)縱縫的混凝土現(xiàn)澆渠道普遍發(fā)生這種破壞，破壞情況往往較嚴重。

2.6入冬前渠道停水較晚

冬灌會自內(nèi)補給增加基土含水量，對混凝土防滲渠道極為不利。入冬前渠道停水晚，基土含水量較高，尤其是渠道中下部，一旦凍結(jié)，凍脹量較大。

3.凍害防治措施

3.1及時維修

凍脹隆起的土體，體積較原先增大，且含冰夾層和冰晶體，凍脹現(xiàn)象往往一年比一年嚴重。不及時治理，將導(dǎo)致渠道更為嚴重的破壞。維修應(yīng)遵循“重傷不拖延，輕傷不放過，合理安排，逐步解決”的原則，具體辦法主要有：a.置換凍脹部位的不合格墊層，基土含水量較高、凍脹部位較為嚴重的部位，可加厚至凍層厚度；b.修補損壞的板間分縫和防滲塑膜；c.對變形嚴重的渠堤挖開重新填筑，提高土體密實度；d.鑿開現(xiàn)澆混凝土底板中心裂縫，使縫寬達到2厘米，用適應(yīng)變形較好的聚乙烯塑料膠泥灌縫。

3.2修建截、排水系統(tǒng)

在地下水位較高的地段，尤其是挖方渠段，可采取在渠旁修建截水、排水溝的辦法切斷基土水的外補給來源。截水、排水溝可做成明溝或暗溝，從地形和占地方面考慮，暗溝較為合適。

3.3改善渠道運行方式，加強田間灌溉管理

合理安排，適當提前冬灌時間，或利用原有土渠進行冬灌，盡量減少基土水分的內(nèi)補給量。同時，應(yīng)加強田間灌溉水的調(diào)度管理，勿使超灌，控制入冬前灌區(qū)地下水位的上升。

3.4渠旁植柳

柳樹根系發(fā)達，呈根網(wǎng)狀盤結(jié)，可使基土成為非凍脹纖維土，同時，根須還可以吸收土體中是水分和阻斷土壤毛細管水上升通道，降低基土含水量。

4.結(jié)束語

綜上所述，做好灌區(qū)混凝土防滲渠道的凍脹防治工作，是保證渠道工程施工質(zhì)量，減少水資源浪費的一項重要措施。在灌區(qū)節(jié)水改造建設(shè)中，灌區(qū)混凝土防滲渠道的修筑是極其重要的，而在修筑完成，對其進行管理時，需要嚴格做好渠道工程的凍脹防治，以便進一步深化我國灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程建設(shè)，提高灌區(qū)灌溉質(zhì)量。

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