寒冷地區(qū)渠道防滲工程凍脹破壞分析及其防治措施

姚立緯

【摘要】在我國一些寒冷地區(qū)，渠道防滲工程的建設不僅要結合當地實際工程的應用效果，還應該將當地環(huán)境地理因素和氣候因素對工程的影響納入設計的范圍。如果忽略了寒冷地區(qū)氣候對渠道防滲工程的影響，不僅會造成渠道防滲工程在惡劣的融凍條件下產生凍脹現象而發(fā)生破壞，達不到工程效應，也會為后期的維護和維修帶來更多的財力物力。因此，渠道防滲工程凍脹破壞的機理和其防治措施的研究是亟待解決的問題。

【關鍵詞】渠道防滲工程；凍脹破壞；防治措施

引言

隨著我國對偏遠地區(qū)的開發(fā)和建設，渠道防滲工程的建設也日益普遍。渠道防滲工程受周圍環(huán)境影響破壞的現象時有發(fā)生。特別是在我國一些偏遠的寒冷地區(qū)，冬季的平均溫度都不超過零攝氏度，這就形成了一個凍融的過程。當渠道防滲工程經歷這個過程時，渠道防滲工程基土的物理力學指標和受力就會發(fā)生一系列的變化，渠道防滲工程的砌體在一定程度上受到破壞。渠道防滲工程受到損壞，必然會對渠道防滲工程的防滲作用產生負面影響，降低了渠道防滲工程的實際效益，也增加了維修管理等費用。因此，對渠道防滲工程凍脹破壞機理的研究以及防止渠道防滲工程凍脹破壞的研究是亟待解決的問題。

1、渠道防滲工程凍脹破壞特征分析

1.1 渠道防滲工程凍脹破壞的機理。渠道防滲工程受凍脹環(huán)境的影響而遭到破壞是由于渠道防滲工程基土中的水分從結冰到融化的過程中，體積發(fā)生了變化，水從液態(tài)變成固態(tài)時，體積增加，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時，體積縮小，因此基土的體積在一定程度上也發(fā)生了一定的縮小或膨脹。一旦基土中的水分發(fā)生變化，特別是在凍脹的過程中有外界水源流入時，基土內的水分劇增，基土的體積也會急劇膨脹，渠道防滲工程的損壞也會增大。

渠道防滲工程基土在凍結的過程中，基土中的水會改變原來以土石顆粒為結晶核的物理狀態(tài)，水分與基土土壤顆粒之間的作用力也相對發(fā)生改變，這就使得原本土壤的物理特性，如土壤的壓力、土壤的導熱系數明顯提高。此時，基土中的水分結冰后，基土的體積就會明顯增大，有的甚至可以達到10%左右。而貼近地心的基土沒有受到溫度的影響，并沒有發(fā)生凍脹變化，因此受凍脹影響的基土就會受到擠壓發(fā)生不均勻的膨脹升高，產生裂縫。與此相反的就是渠道防滲工程基土中水分融化的過程，上部分基土體積減小，壓力減小，基土表面也會發(fā)生一定程度的不均勻沉降。

1.2 混凝土渠道防滲工程凍脹破壞的特征。渠道防滲工程的襯砌板會發(fā)生一個整體上臺的現象。對于一些渠道斷面較小，剛性較大的渠道，渠道底部的凍脹基土發(fā)生垂直的整體膨脹，渠道側面的凍脹基土會發(fā)生法向面的整體膨脹，從而使整個襯砌板產生整體上臺。這種現象若在流水作用下，渠道防滲工程會發(fā)生坍塌和錯位的巨大破壞。

渠道防滲工程的襯砌板會出現不同層次的膨脹，并產生裂縫。由于基土在溫度發(fā)生較大變化時，土壤水分發(fā)生不均勻的膨脹或收縮，使得土壤和襯砌板之間的凍結力造成的約束發(fā)生了變化，從而產生肉眼可見的裂縫。這種裂縫在渠道防滲工程的襯砌板順水流方向出現的幾率比較大，大多是在渠底中部和坡腳上方四分之一到三分之一的區(qū)間上。由于受寒冷氣候以及寒冷過后的暖流氣候的影響，渠道防滲工程的襯砌板出現的鼓脹裂縫或者收縮裂縫都會造成渠道防滲工程出現滲水的現象，加劇了工程的破壞。

渠道防滲工程在寒冷的冬天進行引水時，一旦渠道內的水面超過渠道坡底處0.5m～1.6m時，混凝土襯砌受到地基土壤膨脹的影響，產生突起架空現象或者坍塌現象。這種砌體突起架空現象的產生主要是由于板下地基及墊層發(fā)生凍脹，改變了地基及墊層土壤的體積，加上混凝土襯砌表面的冰蓋，增加了混凝土襯砌的破壞程度。

2、寒冷地區(qū)渠道防滲工程防凍脹破壞的措施

2.1 預防在施工過程中的凍脹。通常來講，當我們需要實施渠道防滲工程的時候，在設計階段應充分考慮渠道受霜凍破壞的影響。提前設置保護措施，比如：加入防凍脹破壞機理，制定有效措施，避免凍脹造成對工程的負面影響。設計人員還可以通過渠道對深埋隧道、地下通道和通道的頂升等方法進行分析，以避免凍脹的發(fā)生。

2.2 解決渠道防滲工程中出現的凍脹。施工人員可以在渠道防滲工程實施前，通過采用弧形底梯形、破斷、斷開的的方式來預防不利情況，保障施工的順利進行，避免運河防滲工程在運行過程中發(fā)生的霜凍和破壞事件。通過提前預防的方式，讓工程在環(huán)境較為寒冷的情況下，保持較好的耐腐蝕性，提升抗凍脹破壞能力，保證工程質量。

2.3 渠道防滲工程的科學規(guī)劃。在工程施工中我們不僅要注意安全以及質量，還需要一個科學合理的制定方案來支撐施工的可靠性。因此設計人員，需要在前期考慮凍脹破壞帶來的消極影響，因地制宜，盡量避開沼澤、地下水地區(qū)等不利于施工的地區(qū)。通過對環(huán)境、地質、海拔的分析考慮選取相對較優(yōu)良的區(qū)域作為施工地。

2.4 規(guī)劃設置隔熱保溫層。在施工中，我們常見的方式是隔熱保溫，因此在渠道防滲工程中，我們可以充分利用隔熱保溫材料的作用，來保障施工過程中不出現凍脹的情況。在此，我們不難看出在施工過程中使用隔熱保溫材料，可消減凍脹破壞現象，大大減小凍脹土在處理過程中的換置深度。通常來講隔熱保溫層原材料具有成本低、輕、方便使用能等特性，利于我們的施工使用。所以說，設置隔熱保溫層在渠道防滲工程施工中較為常見，也受到大多數人的接受。

3、結語

受寒冷氣候影響，渠道防滲工程會有一定損壞，進而會對渠道防滲工程的防滲作用產生影響，降低了渠道防滲工程的實際工程效益和利益，增加了渠道防滲工程維修管理等費用。因此，本文針對混凝土渠道防滲工程，分析了其凍脹破壞的機理及特點，并據此提出了若干寒冷地區(qū)渠道防滲工程防凍脹破壞的措施，為今后渠道防滲工程提供了一些參考經驗。

參考文獻：

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