新疆地區(qū)混凝土防滲渠道防凍脹處理措施探討

(新疆水利水電建設(shè)工程造價(jià)管理總站， 烏魯木齊 830000)

新疆地區(qū)混凝土防滲渠道防凍脹處理措施探討

陳麗萍

(新疆水利水電建設(shè)工程造價(jià)管理總站， 烏魯木齊 830000)

新疆地域?qū)拸V，冬季嚴(yán)寒時(shí)間長(zhǎng)，混凝土防滲渠道的凍脹破壞問題是渠道設(shè)計(jì)中亟待解決的問題。本文通過對(duì)混凝土防滲渠道基本特征進(jìn)行分析，闡述了混凝土防滲渠道的防凍脹處理措施以及施工技術(shù)要求，為嚴(yán)寒地區(qū)混凝土防滲渠道的防凍脹處理提供了設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

混凝土防滲渠道； 嚴(yán)寒地區(qū)； 凍脹破壞； 防凍脹處理措施

1 前 言

混凝土板襯砌結(jié)構(gòu)防滲渠道由于防滲效果好、施工簡(jiǎn)便、運(yùn)行安全等特點(diǎn)，已是新疆水利工程建設(shè)中廣泛使用的一種渠道防滲技術(shù)措施，起到了提高水資源利用率、改善周邊環(huán)境的作用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。新疆地域?qū)拸V，冬季嚴(yán)寒時(shí)間長(zhǎng)，冷暖變化易造成土體產(chǎn)生物理變化，如：凍土隆起、消融沉陷等，致使混凝土防滲渠道產(chǎn)生不同形式、不同程度的破壞。不僅影響正常使用，且增加修繕費(fèi)用，影響工程效益的正常發(fā)揮。因此，如何防止混凝土襯砌渠道因渠基凍脹而產(chǎn)生剛性破壞，是新疆地區(qū)水利工程混凝土防滲渠道設(shè)計(jì)必須考慮的關(guān)鍵因素。

2 混凝土防滲渠道凍脹破壞的基本特征

混凝土防滲渠道產(chǎn)生凍脹破壞主要是由于負(fù)溫造成基土與水之間產(chǎn)生膠合力，凍土由于產(chǎn)生物理變形對(duì)防滲渠產(chǎn)生反作用力，在不均勻的凍脹作用下，當(dāng)渠道底板產(chǎn)生不均勻變形時(shí)，穩(wěn)定性將變得極差，造成襯砌結(jié)構(gòu)的坍塌、變形，從而造成混凝土防滲渠道產(chǎn)生凍脹破壞。影響混凝土防滲渠道凍脹破壞的因素有兩個(gè)：?持續(xù)低溫；?基土含水率高，屬凍脹性土壤特性。

3 混凝土防滲渠道防凍脹處理措施

針對(duì)防滲渠產(chǎn)生凍脹的原因，預(yù)防混凝土防滲渠道凍脹產(chǎn)生破壞的方法有兩個(gè)：?通過降低渠道基土土質(zhì)水分含量，改變土質(zhì)結(jié)構(gòu)，改善地溫條件；?選擇能適應(yīng)凍脹土特性的防滲材料和襯砌。須采取綜合處理措施，才能取得較好的效果。

3.1 壓實(shí)法防凍脹

土壤密實(shí)可減弱水分遷移，通過壓實(shí)法對(duì)土壤進(jìn)行壓實(shí)可增加土的干密度，使土粒重新排列靠近，黏結(jié)力增大，減弱透水性和基土凍脹的物理變形。實(shí)驗(yàn)證明，土壤的密實(shí)度達(dá)到一定程度時(shí)，凍脹物理變形隨土壤的干密度增加和水分子的減少而下降。壓實(shí)法防凍脹處理措施對(duì)地下水位高的渠道較為有效。地下水位高的渠道，易產(chǎn)生混凝土襯板鼓脹或裂縫，混凝土襯板整體上抬、架空、滑塌等，整修時(shí)基土內(nèi)如摻入一定比例的三七灰土再進(jìn)行夯實(shí)，壓實(shí)效果會(huì)更好，基土的空隙率將大大減少，對(duì)混凝土防滲渠防凍漲破壞能起到較好的效果。

3.2 混凝土防腐蝕抗凍漲

在嚴(yán)寒地區(qū)進(jìn)行混凝土防滲工程，設(shè)計(jì)時(shí)都有抗凍要求，在選材上一般優(yōu)先選用抗凍性能較好的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，但硅酸鹽水泥抗酸堿性能力比較差，而灌區(qū)地下礦化程度普遍較高，硫酸鹽、碳酸鹽、鎂鹽和氯化物等分子濃度較大，地下水力侵蝕使其強(qiáng)度降低而遭破壞，需采取有效措施。通常抗地下水侵蝕措施有以下幾種：?采取可靠的防滲措施，在混凝土施工時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的自然地理?xiàng)l件選擇不同性能的水泥及外加劑，確保從材料方面增加耐久性；?嚴(yán)格控制好混凝土配合比，確定混凝土試驗(yàn)參數(shù)，降低水灰比，減少孔隙率；?摻入引氣型外加劑以提高混凝土抗凍強(qiáng)度。

3.3 換基防止凍脹破壞

把凍脹性基土換成弱凍脹性土壤是常用且有效的防凍措施，這種換填方式主要是改變土壤顆粒成分，減少土壤中水分遷移，一般采用粗砂、礫石等石料換填?；梁枯^大、地下水埋深在凍結(jié)深度以下、凍脹范圍比較大的渠道適合砂礫換基法，砂礫料可使換填范圍內(nèi)凍脹程度有所減輕，使下凍土層產(chǎn)生排水空間，將砂礫墊層內(nèi)的積水排出。為保持長(zhǎng)期抗凍脹性能，可在砂礫層設(shè)反濾層，防止水分子流動(dòng)致使渠底基土流失致使換基層失去防凍脹性能。換基防凍脹厚度一般取決于基土的土質(zhì)、地下水埋深和部位。一般基土土質(zhì)黏性越大、地下埋深越淺，需要換填的厚度越大?；梁吭酱?，需換填的厚度就越大。對(duì)渠底地下水埋深大于1.6m的渠段，換填厚度一般為25～35cm，對(duì)渠底地下水埋深小于1.6m的渠段，換填厚度根據(jù)凍深的大小確定，一般為凍深的65%～85%。

3.4 設(shè)置隔熱保溫抗凍脹

保溫法是最常見的抗凍脹處理措施，采用保溫材料在襯砌板下設(shè)置隔熱層，隔斷下層水分補(bǔ)給，在結(jié)構(gòu)上對(duì)基土進(jìn)行保溫。新疆地區(qū)混凝土防滲渠道防凍脹處理措施使用較多且比較成熟的隔熱材料是EPS隔熱保溫材料，EPS隔熱保溫材料具有導(dǎo)熱系數(shù)小、隔熱性能好、防滲性能好等特點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)許多城市也在逐步應(yīng)用EPS材料，許多科研部門都做過實(shí)驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隔熱效果越好，凍深消減率越大，2cm厚EPS隔熱保溫材料消減凍深深度在20cm左右。但EPS隔熱保溫材料保溫措施成本較高，從其經(jīng)濟(jì)方面考慮，一般在地下水位高于渠底，且凍脹情況比較嚴(yán)重、地下水無法排除的渠道上使用。EPS隔熱保溫材料厚度可根據(jù)基土土質(zhì)、含水量、設(shè)計(jì)凍深或凍結(jié)指數(shù)，通過熱工計(jì)算加以確定。對(duì)于中小渠道而言，EPS隔熱保溫材料厚度可按設(shè)計(jì)置換深度的1/10～1/15取用。

3.5 選擇合理的斷面形式。

?梯弧形斷面。此斷面在干、支渠道改建中應(yīng)用較多，并且已在近幾年實(shí)例和工程施工運(yùn)行中證明抗凍脹能力較好，由于其斷面近似于最佳水力斷面，流水作用力分布均勻，易于沉沙被流水沖走，減少淤積，且穩(wěn)定性強(qiáng)，能改善渠道凍脹分布不均勻的情況，減少凍土隆起、位移、裂縫等破壞現(xiàn)象；?U形襯砌斷面。此斷面與梯弧形斷面相比，不僅具有切面小、受力條件好、滲水能力強(qiáng)、水流條件佳、流速快、輸沙能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還能適應(yīng)地基的不均勻性，改善渠道凍脹產(chǎn)生的應(yīng)力集中情況，其抗凍脹性能較高，可適應(yīng)一定程度的凍脹力和融沉變位。凍脹程度僅為梯弧形斷面的1/3～1/4。U形渠槽襯砌斷面形式襯砌預(yù)制機(jī)械化施工程度較高，推廣比較簡(jiǎn)便，在灌區(qū)較小的支渠和斗、分渠工程上應(yīng)用較為廣泛；?聚乙烯塑膜和混凝土預(yù)制板復(fù)合防滲襯砌結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明：在混凝土預(yù)制板下鋪設(shè)PE塑膜，可防止高硫酸鹽、高腐蝕性地下水反向滲透對(duì)混凝土防滲襯砌侵蝕破壞。同時(shí)防滲效果要比未鋪設(shè)PE塑膜的渠道混凝土襯砌防滲能力提高9倍以上，抗凍脹性能要提高60%以上。

4 混凝土防滲渠施工技術(shù)要求

混凝土防滲渠道防凍脹處理除了要針對(duì)渠基土的凍脹特性和地下水埋深情況，提出經(jīng)濟(jì)合理的綜合處理措施外，還應(yīng)嚴(yán)格控制工程施工質(zhì)量，以保證處理措施達(dá)到預(yù)期的效果。

a.嚴(yán)格控制混凝土防滲渠道的施工質(zhì)量，禁止使用劣質(zhì)混凝土產(chǎn)生質(zhì)量問題造成防滲體漏水，從而使基土含水量增大產(chǎn)生物理變形造成凍脹破壞。對(duì)PE塑膜和混凝土預(yù)制板復(fù)合防滲襯砌結(jié)構(gòu)，應(yīng)做好膜接縫防水處理，對(duì)于膜局部損壞的，在不影響施工質(zhì)量的前提下，要粘補(bǔ)密實(shí)；嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，保證伸縮變形縫中填縫材料的施工質(zhì)量，確保填縫止水材料與混凝土粘結(jié)密實(shí)。

b.采用換基防止凍脹破壞處理措施時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制粗砂、礫石的含土量，確保粗砂、礫石具有較大的滲透性，保證換填料的壓實(shí)厚度和壓實(shí)密度；防止由于基土比率不符合設(shè)計(jì)要求而造成渠道凍脹破壞現(xiàn)象的發(fā)生。

c.渠道排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工中，要布局好縱、橫向排水系統(tǒng)的反濾層的施工，防止排水系統(tǒng)配料相互混雜，影響排水效果，使基土含水量增加引起凍脹破壞，危害工程運(yùn)行安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)本地區(qū)實(shí)際情況，提出了防止混凝土防滲渠道凍脹的措施，在寒冷地區(qū)渠道襯砌工程抗凍脹設(shè)計(jì)中，主要問題是在設(shè)計(jì)時(shí)要掌握本地自然條件、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，合理確定抗凍脹設(shè)計(jì)中的各種參數(shù)，以此保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。因此須從實(shí)際出發(fā)，尋找經(jīng)濟(jì)技術(shù)最優(yōu)的抗凍形式。◆

簡(jiǎn)訊

三峽水庫(kù)水位消落至160米以下預(yù)留防洪庫(kù)容

正處于消落期的三峽水庫(kù)水位持續(xù)下降，記者從中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司獲悉，5日8時(shí)，三峽水庫(kù)水位已降至159.99m，消落目標(biāo)已完成過半。按照計(jì)劃，三峽水庫(kù)水位將繼續(xù)消落至145m左右，預(yù)留防洪庫(kù)容。

防洪是三峽水庫(kù)的首要功能。按照調(diào)度規(guī)程，三峽水庫(kù)在每年汛后蓄至最高水位175m左右，以便冬季枯水期發(fā)電，以及改善長(zhǎng)江中下游用水條件；而在第二年汛前，將逐步消落至防洪限制水位145m左右，以便騰庫(kù)防汛。

三峽集團(tuán)的實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)顯示，5日上午8時(shí)，三峽水庫(kù)入庫(kù)流量為11000m3/s，出庫(kù)流量為11600m3/s。出庫(kù)流量大于入庫(kù)流量，水庫(kù)水位已降至159．99m。

三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通訊中心主任肖舸介紹，目前，三峽水庫(kù)正在按照既定計(jì)劃實(shí)施消落。汛前，水庫(kù)水位將持續(xù)下降，直至達(dá)到防洪限制水位。屆時(shí)，三峽水庫(kù)水位將比2013年試驗(yàn)性蓄水完成后的最高水位下降約30m，騰出防洪庫(kù)容約221億m3。

來源：新華網(wǎng) 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)網(wǎng) 2014年5月8日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=12919

Discussion of Anti-frost-heaving Treatment Measures in Concrete Anti-seepage Channel in Xinjiang

CHEN Li-ping

(XinjiangWaterConservancyandHydropowerConstructionCostManagementStation,Urumqi830000,China)

Xinjiang is characterized by wide area and long cold duration in winter. Frost-heaving problem of concrete anti-seepage channel should be solved in channel design. Basic features of concrete anti-seepage channels are analyzed in the paper. Anti-frost-heaving treatment measures and construction technical requirements of concrete anti-seepage channel are described, which provides design and practical experience for anti-frost-heaving treatment of concrete anti-seepage channel in cold regions.

concrete anti-seepage channels; cold regions; frost-heaving damage; anti-frost-heaving measures

TV52

A

1005-4774(2014)06-0063-03