淺析石堡川灌區(qū)襯砌渠道的凍脹破壞的原因分析及對策

劉定民

【摘要】石堡川灌區(qū)襯砌渠道因受地域限制，溫差大，凍脹破壞為渠道破壞的主要原因。因此，我們高度重視，分析凍脹破壞原因，制定對策，以提高渠道的完好率，保證渠道正常運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】襯砌渠道；凍脹；原因分析；措施

1 前言

石堡川灌區(qū)由于地形原因，溫度差異較大，最熱月極端最高溫度為36.9℃，最冷月極端最低溫度為-25.1℃，由于溫差過大，熱脹冷縮是渠道毀壞的主要原因之一。石堡川灌區(qū)設(shè)干渠一條，長度為48.5km，渠道型式為砌石和混凝土現(xiàn)澆梯形襯砌。設(shè)支渠和分支渠13條，全長263km，渠道型式為梯形襯砌板襯砌、弧底梯形混凝土現(xiàn)澆襯砌和U型混凝土現(xiàn)澆襯砌，部分未襯砌渠段為土渠。石堡川灌區(qū)隨著涉農(nóng)項(xiàng)目投入的不斷加大，灌區(qū)實(shí)施了世界銀行貸款項(xiàng)目和續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目，渠道襯砌率已達(dá)70%以上。但是，由于灌區(qū)溫差大，渠道的受凍脹破壞較大，灌區(qū)已襯砌渠段渠道完好率依然較差。

2 渠道襯砌凍脹破壞的特點(diǎn)及分析

由于灌區(qū)所處位置，溫差大，襯砌渠道經(jīng)常遭受反復(fù)凍融熱漲，加劇了襯砌渠道的凍漲破壞。

2.1U型整體砌體渠道凍脹破壞的特點(diǎn)及分析

U型整體砌體渠道主要應(yīng)用于支渠及分支渠，混凝土襯砌厚度為8-10厘米。U型整體砌體渠道抗壓強(qiáng)度高，抗凍漲能力強(qiáng)。但由于灌區(qū)屬于濕陷性黃土區(qū)，土體遇水后出現(xiàn)整體沉降。渠道易形成以下三種形式的凍漲破壞：

（1）整體上抬：當(dāng)渠道襯砌體外側(cè)土層霜凍均勻，襯砌體外側(cè)土體在凍脹力均勻的情況下，可能導(dǎo)致渠道襯砌體整體升降，多次凍脹循環(huán)后，襯砌體與土體脫離，導(dǎo)致襯砌體整體上抬。

（2）鼓脹與裂縫：當(dāng)渠道襯砌體外側(cè)土層霜凍不均勻，襯砌體外側(cè)土體在凍脹力不均勻的情況下，可能導(dǎo)致渠道襯砌體各部分升降不均勻，多次凍脹循環(huán)后，襯砌體出現(xiàn)鼓脹與裂縫。

（3）渠道懸空，滑塌錯位：渠道底層土壤凍脹不均勻，混凝土板首先出現(xiàn)鼓脹與裂縫，隨著水流帶走土體，導(dǎo)致混凝土板因板后被掏空而導(dǎo)致傾斜、倒塌，使板塊重疊，脫位等。

2.2漿砌石襯砌渠道凍脹破壞的特點(diǎn)及分析

漿砌石襯砌渠道主要應(yīng)用于干渠梯形襯砌，厚度一般為30cm，襯砌的厚度大于混凝土襯砌的厚度。由于受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)條件限制，襯砌體整體性較差，渠道行水期間滲水嚴(yán)重，導(dǎo)致凍結(jié)機(jī)會較大。冬灌結(jié)束后，從濕周高度的1/3處出現(xiàn)局部隆起，多次凍融后沖刷造成襯砌體垮塌。

2.3混凝土預(yù)制板襯砌渠道凍脹破壞的特點(diǎn)及分析

混凝土預(yù)制板襯砌渠道主要應(yīng)用于支渠、分支渠，混凝土預(yù)制板襯砌厚度均為10cm。由于混凝土預(yù)制板襯砌體整體性較差，渠道行水期間滲水嚴(yán)重，導(dǎo)致凍結(jié)機(jī)會較大。冬灌結(jié)束后，也從濕周高度的1/3處出現(xiàn)局部隆起，多次凍融后沖刷造成襯砌體垮塌。

3 凍脹破壞的原因分析

通過對渠道破壞部位的分析，首先滑塌的部位都處于背陰面，水流沖刷毀壞是向陽面毀壞的主要原因，總結(jié)渠道凍脹破壞的原因主要有以下幾點(diǎn)。

3.1渠道回填土密實(shí)度不夠

渠道開挖前的土方回填密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，由于土壤回填密度較低，容易受到毛細(xì)管的作用而使土壤含水率大幅度增加，在冬季受到霜凍力影響，凍脹力過大導(dǎo)致渠道鼓脹、裂縫、懸空、滑塌。

3.2施工中防滲膜接縫不嚴(yán)或損壞

一是防滲膜連接規(guī)范的規(guī)定和連接方法，在施工中不能按規(guī)定落實(shí)，導(dǎo)致渠道水容易浸透防滲膜層進(jìn)入土體；二是施工隊(duì)為了加快脫模時(shí)間，有意毀壞防滲膜，利用土體吸收混凝土內(nèi)水分，提高脫模時(shí)間，加快工程進(jìn)度；加之渠道回填土密實(shí)度不夠，出現(xiàn)土體凍脹導(dǎo)致渠道損毀的現(xiàn)象發(fā)生。

3.3伸縮縫處理不到位

灌區(qū)渠道襯砌中，施工縫填充材料主要采用聚氯乙烯膠泥條填充，因膠泥條在施工中在直立面上難以固定，多數(shù)直立面不能按照設(shè)計(jì)填充膠泥條，導(dǎo)致形成滲水通道和混凝土的剛性連接，在熱漲時(shí)混凝土板容易鼓起，導(dǎo)致渠道變形后毀壞。

3.4設(shè)計(jì)中混凝土標(biāo)號及防滲標(biāo)準(zhǔn)低

由于設(shè)計(jì)中渠道襯砌混凝土標(biāo)號和防滲標(biāo)準(zhǔn)低，加上施工條件的限制，混凝土的含水量不均衡，在冬季低溫條件下，混凝土體中的水分易冰凍，體積膨脹，當(dāng)凍脹力大于混凝土的強(qiáng)度時(shí)，經(jīng)過凍脹循環(huán)和應(yīng)力作用的重復(fù)，混凝土表面砂漿層將逐漸侵蝕，物料會出現(xiàn)冷凍結(jié)冰現(xiàn)象，危及整個渠道的運(yùn)行。

4 混凝土防滲渠道凍脹問題的防治措施

隨著施工技術(shù)的不但革新，新材料的不斷應(yīng)用，分析解決凍脹問題的原因，總結(jié)渠道抗凍脹措施的經(jīng)驗(yàn)。目前，解決渠道凍脹問題的方法一般有以下三種。

4.1 加強(qiáng)工程質(zhì)量

一是采用壓實(shí)法，就是通過施工機(jī)械提高土壤密度；施工過程中嚴(yán)格按照規(guī)范施工，要求密度度達(dá)到0.95以上；二是按照規(guī)范要求使用防滲膜（如土工膜，塑料膜，瀝青油氈等），切斷水與濕陷性黃土層的連接；三是保證伸縮縫填充材料按照標(biāo)準(zhǔn)使用，杜絕滲水并起到緩沖熱脹冷縮的作用；四是在設(shè)計(jì)時(shí)提高渠道襯砌混凝土標(biāo)號和防滲標(biāo)號，保證襯砌體不受凍融破壞。

4.2 優(yōu)化渠道型式

采用抗凍脹能力的強(qiáng)的“U”型橫斷，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，U型混凝土渠道凍脹破壞主要發(fā)生在陰坡襯砌下部的1/3處，U型斷面將破壞位置放在了弧形斷面處，弧面有利于抵抗凍漲破壞，增加了對破壞的抵抗力，增強(qiáng)了渠道抗凍脹的性能。

4.3優(yōu)化運(yùn)行方式，加強(qiáng)工程管理

一是結(jié)合灌區(qū)灌溉情況，在基礎(chǔ)土壤凍結(jié)后，盡可能不通水；二是冬季在負(fù)溫度期間應(yīng)連續(xù)輸水，并保持在設(shè)計(jì)水位以下運(yùn)行。三是落實(shí)維修養(yǎng)護(hù)責(zé)任，及時(shí)維護(hù)供水渠道及配套設(shè)施，確保安全行水。endprint