昭苏县混凝土防渗渠道冻胀破坏成因分析及防冻胀措施.pdf

施工技术 昭苏县混凝土防渗渠道 冻胀破坏成因分析及防冻胀措施 艾克拉木 艾 尔肯 ( 新疆伊犁州昭 苏县水利局 新疆 昭 苏8 3 5 6 0 0 ) 摘要针对新疆昭苏县混凝土防渗渠道冻胀破坏严重这一现象， 通过总结工程实践， 从渠道防渗的冻 害机理和破坏形式分析 ， 分析冻胀破坏的原因， 结合同类地 区的情况， 提出几种防护措施 ， 为相 似地 区混凝土冻胀提供借鉴之 处。 关键词 混凝土； 防渗渠道； 冻胀破坏； 防治措施 中图分类号 ： T V 6 9 8 2 6 文献标 识码 ： B 昭苏县位于新疆西北边陲 ， 为中亚 内陆腹地的一个高位 山间盆地。截至到 2 0 1 3年 ， 全县灌区有效灌溉面积为 4 7 4 9 万亩 ， 其中高效节水面积为 8 4 4万亩( 其中喷灌 2万亩 ， 滴 管 6 4 4万亩) ， 3 9 0 5万亩常规灌溉。已建干渠及总干渠 2 4 条 ，总 长 2 1 2 5 8 k m ( 其 中 浆 砌 石 及 混 凝 土 防 渗 衬 砌 1 2 0 5 3 k m， 干 砌 石 2 5 2 k m， 土渠 9 5 3 3 k m) ； 支 渠 1 3 5条 总 长 3 4 2 3 2 k m( 其中衬砌 1 5 4 7 1 k m， 1 0 为干砌石和浆砌石 ， 9 0 为混凝土防渗 ) ； 斗渠 2 8 5条总长 3 6 5 8 3 k m( 其中混凝土防渗 1 0 4 5 4 k m， 土渠 1 6 2 2 9 k m) 。 混凝土防渗渠道能够减小或防止 渠道水的渗流损失和水土流失【 l j ， 马越军【 2 J 等针对麦盖提基地 农场混凝土防渗干渠冻胀原因及 防止措施进行 了总结 ， 吴 英 、 佘光荣 、 郭允霞也对新疆其他地区在混凝土防渗渠道的 冻胀破坏保护方面做出了一些探索 3 - 5 1 。昭苏县冬季温度低， 最低气温在 一 3 2 ，冻胀对渠道混凝土防渗衬板破坏相对较 为普遍，需要对其进行逐项分析。通过对防渗渠道的现场调 查与取样发现 ， 大部分渠槽的土体变形状态对衬砌板有较大 影响， 主要造成衬砌板裂缝、 隆起 、 架空 、 滑坡等冻害现象。 为 防止衬砌体的冻融破坏 ，本文从渠道防渗的冻胀破坏成因、 冻害机理、 冻害的防治措施三方面总结经验。 1冻胀破坏的形式及原因分析 1 1 混凝土板冻融破坏 混凝土防渗渠道 由砂、 石、 水 、 水泥及增加抗冻、 抗渗强度 的外加剂等材料组成， 这些材料具有一定的吸水性， 灌溉季节 通常在水中运行 ， 在冬天的寒冷天气过程中， 材料内部总是含 有一定的水分， 这些水分在冻融过程下 ， 冻结成冰 ， 体积会发生 膨胀，当这种膨胀作用下引起的应力超过混凝土的抗拉强度 时， 就会产生裂缝并增加渗漏和吸水性。这种情况在冻土层厚 度在 1 2 7 m、 全年无霜期 9 6天、 全年平均最低温度 一 3 3 2 的昭 苏县是比较明显的， 并且对于全疆来讲 ， 昭苏县是混凝土防渗 渠道冻胀破坏较严重地方。混凝土防渗渠道属于刚性材料， 受 抗压强度较高， 但抗拉强度较低 ， 适应拉伸变形或不均匀变形 能力差。 在冻胀力或热应力的作用下 ， 容易产生破坏。 混凝土防 渗渠道在第二个温度变化负温周期使结冰膨胀的作用更加严 重和强烈 ， 经 过多次冻胀 后混凝 土发生多次 的应力变化 ， 最终 导致混凝土 防渗渠道 的冻融破坏 。轻微 破坏造成混凝土表面 的 砂浆层剥蚀， 严重将会出现混凝土防渗渠道冻裂。 1 2混凝土板裂缝与鼓胀 在寒冷季节，混凝土防渗渠板与渠床基土冻结成一个整 体 ， 往往季节性承受着冻结力、 冻胀力以及混凝土本身收缩产 生的拉应力等， 当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应 力时板体就发生破坏。现浇混凝土防渗渠道冻胀裂缝， 多出现 在尺寸较大的现浇混凝土板顺水方向和水位变化的地方 ， 缝位 一 般在渠坡脚 以上 1 2 3 4坡长范 围内和渠底 中部 ，还有渠底 两边边坡脚线连接处 。两边边坡压顶连接处 和渠 道水位经常变 化的地方 现浇混凝 土板施工 时砂 、 水养护很 重要 ， 如养 护不到 位混凝土表面 出现裂缝 ， 影响混凝土 的标号 和强度 。还有一些 不均匀的横缝及渠底边坡连接处 ， 渠底和边坡两块板设计的伸 缩缝处及两边边坡和压顶连接处出现一边高一边低的不均匀 沉降缝等 ， 当冬季渠道积水时 ， 一般出现在水面附近或正常水 位变化的渠坡上。当现浇混凝土防渗渠板块尺寸较大不能适应 温度收缩变形时， 将由于温度应力造成纵向或横向裂缝。因为 昭苏县冻土层较厚， 所以这种情况比较严重。因此设计和施工 时根据工程地质地形等设计情况现浇混凝土板防渗渠板块尺 寸不要过大。 当缝 间止水材料不 能适应低 温变形时 ， 在分缝处 容易发生开裂。冻胀裂缝宽度与基土及戈壁垫层的厚度含土量 是否达到设计要求及戈壁垫层， 分层夯实 、 压实是否达到设计 要求质量等情况， 都直接影响冻胀性能及不均匀性能有关。基 土戈壁垫层处理达到设计要求时冻胀性弱 ， 裂缝小基土戈壁垫 层处理达不到设计要求冻胀性强 ， 将发展成其他形式严重的破 坏。温度裂缝和拉裂缝一般较小 ， 但是这些裂缝往往都与基土 和戈壁垫层冻胀同时发生 ， 因而缝宽亦随之扩大， 特别是其中 的纵向裂缝常常发展成冻胀缝。一旦裂缝出现就难以或不可能 在基土或戈壁垫层融化时完全复原 ， 甚至有裂缝块间相互挤顶 而留下宽缝或局部挤碎。 1 3 混凝土边坡板滑塌 渠道裂缝会不断造成渠道渗漏水 ， 由于泥沙通过裂缝被带 入板下 ， 污染 垫层 加剧土的冻胀或水流通过裂缝被 带出板下戈 壁垫层或土， 板后戈壁垫层和土不断冲刷 ， 减少板后加空最后 4 3 陕西水利 2 0 1 5年科技专刊 引起混凝土板断裂或者滑塌，如一块板滑塌整个渠道影响很 大， 给渠道整体安全运行带来危害影响灌溉， 所以要及时停水 抢修不然后果严重。在多年冻融循环作用下， 裂缝宽度和冻胀 累积发展导致混凝土破坏愈来愈严重， 并且混凝土板滑塌和渠 道冲毁的现象逐年增多。 2防止冻胀破坏的措施 3结语 昭苏县多年来在农牧区水利基本建设 、 大型灌区续建配套 与节水改造工程 、 中小型节水改造工程、 防洪抗旱 、 堤防工程 、 牧区水利土地整理和定居兴牧等工程上广泛采用混凝土防渗 渠道工程， 对于已建渠道， 应运用科学的手段加强管理和维护 ， 逐步建立一套行之有效的管理制度 ， 为昭苏县乃至北疆灌区农 业的发展提供借鉴。 2 1 选择合理的预制混凝土板尺寸 经过多年的安全运行经验证明， 混凝土防渗渠道现浇板长 参考文献 宽尺寸或面积较小， 抗冻胀效果较好， 一般在昭苏县混凝土现 【 1 】1陈雯龙 新疆混凝土防渗渠道冻胀破坏成因分析及防冻胀措 浇板尺寸在 2 m2 m或 2 5 m2 m、 1 5 m 2 m范围内比较合适。 施 】 水利技术监督， 2 0 1 1 ， 0 3 ：4 5 4 7 + 5 5 如有其他的情况， 需根据渠道断面大小和工程设计地质、 气候等 2 】 马越军， 刘爱林 麦盖提基地农场混凝土防渗干渠冻胀原因及 实际情况来确定现浇或预制混凝土板尺寸。 防止措施 新疆农业科学， 2 0 0 7 ， $ 2 ： 2 2 7 2 2 9 2 2渠基土的置换 3 】 吴英， 于海波， 蒋俊丽 叶尔羌河灌区混凝土防渗渠冻胀破坏的 混凝土防渗渠道冻胀土基的处理方法有换填法和保温层 观测研究D 1 塔里木大学学报， 2 0 0 5 ， 0 3 ： 7 6 7 9 法 ， 伊犁州和昭苏县常用换填法， 戈壁料作为防冻胀换填材料 ， f 4 1 余光荣， 刘柏冬 渭干河灌区混凝土防渗渠道的冻胀破坏及防 就地 可以开采 ， 抗冻胀效果好 、 施 工简单 、 造价低 等特点 。若采 治措施U l _ 黑龙江水利科技， 2 0 0 1 ， 0 1 ： 1 1 7 1 1 8 用保温层法既加设苯板作为防冻胀材料具有抗冻胀效果好、 自 5 】 郭允霞， 吉刚， 王立 浅议混凝土衬砌渠道的设计口 1 黑龙江水 重轻 、 开挖土方少、 强度高、 吸水性低、 隔热性能好、 施工工期短 专学报， 2 0 0 2 ， 0 1 ： 6 8 6 9 等优点 ， 缺点是材料运距远， 施工进度要求高， 地下老鼠啃坏比 较严重， 造价高等 ， 伊犁州和昭苏县此方法使用较少。 2 3根据实际情况进行合理的设计 结合昭苏县实际经过多年的安全运行经验来看混凝土防 渗渠道设计流量、 纵坡、 沿渠床土壤渠道走向， 渠道纵坡通过计 算工程设计、 土地等情况， 综合考虑确定。戈壁垫层厚度根据以 上情况并多年设计施工和安全运行经验来看分如下四种情况： ( 1 ) 设计流量在 5 m3 s 1 5 m 3 s是戈壁 垫层厚度不小于 0 5 m 0 6 m； ( 2 )设 计 流 量 在 5 m3 s 1 5 m 是 戈 壁 垫 层 厚 度 在 0 5 m- 0 3 5 m ； ( 3 ) 设 计 流 量 在 1 5 m3 s 0 8 m3 s以下 是 戈 壁 垫 层 厚 度 0 3 5 m 0 2 5 m； ( 4 ) 设计流量在 0 8 m 3 s 以下是戈壁垫层厚度 0 2 5 m 0 2 m。 2 4 加强质量管理 混凝土防渗渠道压顶设计施工时， 必须严格按设计规范和 施工规范要求进行施工。压顶后进行排水 ， 排水处理不好对混 凝土防渗渠道冻胀 和渗漏破坏是 比较严 重的 ， 不 良的渠 道安全 运行养护， 将会给当地带来很大的灌溉影响和经济损失 ， 对灌 溉和渠道的用水带来困难。 2 5混凝土防渗渠道的维修养护 混凝土板防渗渠道发生裂缝后， 混凝土表面大致平整无较 大错位时， 如缝宽小可用氯乙烯胶液涂料上加水泥或花样树脂 和水泥一定的比例拌合到一起，然后扫除混凝土损坏处的杂 物 ， 分缝用水冲洗干净后刷到混凝土板裂缝处进行修补； 如较 大的裂缝， 可用切割机切开裂缝处宽度一般在 2 e m以上， 厚度必 须达到混凝土板厚度。扫除混凝土损坏处的杂物缝用水冲洗干 净后 ， 可用细混凝土、 砂浆或其他裂缝处理填赛材料进行填塞 材料维修 。