摘要： 在我國(guó)北方季節(jié)性凍土地區(qū),混凝土襯砌渠道普遍存在凍脹破壞問(wèn)題。本文分析了混凝土襯砌渠道凍脹破壞的形式和成因,提出防治凍害的措施。
關(guān)鍵詞： 混凝土;渠道;凍融破壞;防治措施
中圖分類號(hào)：: TV698. 26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
1 引言
在我國(guó)北方季節(jié)性凍土地區(qū),各種防滲襯砌渠道,特別是剛性襯砌渠道由于凍脹破壞產(chǎn)生的不能允許的變形、開(kāi)裂和滑塌現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了工程的正常運(yùn)行和效益的充分發(fā)揮,大大降低了渠道的使用壽命。因此就要從渠道的凍脹規(guī)律入手,尋求合理的抗凍脹措施。
2 凍脹破壞形式
2. 1 表面剝蝕
混凝土材料內(nèi)含有一定水分,在負(fù)溫下凍結(jié)成冰,體積膨脹,其作用力大于混凝土強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫并增大吸水性,如此經(jīng)過(guò)多個(gè)凍結(jié)———融化循環(huán)和應(yīng)力的反復(fù)作用,混凝土表面砂漿層就會(huì)剝蝕,搗振不實(shí)的混凝土甚至出現(xiàn)凍酥現(xiàn)象[ 1 ] 。
2. 2 鼓脹及裂縫
渠道襯砌的凍脹裂縫。多出現(xiàn)在尺寸較大的混凝土板順?biāo)鞣较?縫位一般在渠坡腳以上1 /4～3 /4坡長(zhǎng)范圍內(nèi)和渠底中部。當(dāng)冬季渠內(nèi)存水時(shí),一般出現(xiàn)在水面附近的渠坡上。
2. 3 隆起、架空
在地下水位較高的渠段,渠床基土距地下水位近,凍脹量大,而渠頂凍脹量小,造成混凝土襯砌大幅度隆起、架空。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在坡腳或水面以上0. 5～1. 5m坡長(zhǎng)處和渠底中部,有時(shí)也順坡向上形成數(shù)個(gè)臺(tái)階狀[ 2 ] 。
2. 4 整體上抬
渠深1m左右的較小渠道,基土的凍脹不均勻性較小,尤其襯砌整體性較好的渠道可能發(fā)生整體上抬。
2. 5 滑塌
渠道襯砌的凍融滑塌有兩種形式: ①由于凍脹隆起、架空,使坡腳支承受到破壞,襯砌板墊層失去穩(wěn)定平衡,因而基土融化時(shí),上部板塊順坡向下滑移,錯(cuò)位,互相穿插; ②渠坡基土融化期的大面積滑坡,渠坡滑塌,導(dǎo)致坡腳處混凝土板被推開(kāi),上部襯砌板塌落下滑[ 2 ] 。
3 造成混凝土襯砌渠道凍脹的原因
凍脹破壞的原因可歸納為4 方面: ①土體的多孔松散特征形成水分存在和遷移空間; ②灌溉輸水水分的入滲增大土體含水量, 甚至使土體水分飽和, 造成結(jié)冰的條件; ③冬季寒冷, 持續(xù)低溫冷空氣的侵襲, 造成土體凍層和未凍層(包括地下水)水分遷移、分凝冰層形成與發(fā)育而引起凍脹; ④對(duì)凍脹和凍害的防護(hù)條件不夠?；炷潦莿傂砸r砌材料,較薄,抗拉強(qiáng)度較低,適應(yīng)拉伸變形或不均勻變形的能力差,在凍脹力或熱應(yīng)力的作用下容易破壞。
4 混凝土襯砌渠道的防凍害措施
根據(jù)凍害成因分析并結(jié)合工程具體條件,應(yīng)降低渠基土的水分、隔斷外界水源對(duì)渠基的補(bǔ)給、降低地下水位、進(jìn)行管理維修等,可采取如下措施:
4. 1 壓實(shí)法
壓實(shí)法是用壓實(shí)或強(qiáng)夯提高基土密實(shí)度的一種抗凍措施。在渠道施工過(guò)程中按照土壩施工要求,分層碾壓,要求干密度達(dá)到1650kg/m3 ,使強(qiáng)凍脹土變成無(wú)凍脹土壤,從而達(dá)到防治凍脹的目的。
4. 2 排水法
在渠床凍層下設(shè)置縱、橫向暗管排水系統(tǒng),排水管可采用帶級(jí)配的反濾砂石料,也可用波紋塑料管或土工織物等材料,來(lái)降低地下水位和基土含水量,把渠床凍結(jié)層中的重力水或渠道旁滲水排出渠外。
4. 3 隔水法
在襯砌板下采用埋藏式隔膜(如土工膜、塑料薄膜、瀝青油氈等)隔斷地下水對(duì)凍層的補(bǔ)給,以減小渠床的凍脹。
4. 4 換填法
在凍結(jié)深度內(nèi)將襯砌板下的凍脹性土換成砂礫石等非凍脹性土(土中粒徑小于0. 05mm的土粒重量不大于土樣總重量的6% ) ,置換材料與原狀土之間應(yīng)設(shè)置反濾層或用非織造土工織物隔離,同時(shí)置換層必須具備排水條件。置換深度可根據(jù)凍深的分布狀況和襯砌結(jié)構(gòu)的允許變位值計(jì)算確定[ 3 ] 。
4. 5 優(yōu)化結(jié)構(gòu)
常用的斷面形式有混凝土“U”形渠,梯形、弧形、弧形坡腳渠道等?；炷烈r砌結(jié)構(gòu)采用楔形板、梁肋板、空心板等增強(qiáng)斷面抵抗能力。凍脹量較大時(shí),可采用架空渠槽法或地下埋管法消減凍脹破壞。
4. 6 防治凍害的管理措施
?、僖r砌渠道的路線應(yīng)盡量避開(kāi)凍脹土和地下水埋深較淺的地段;盡量采用填方渠道,對(duì)挖方渠道應(yīng)同時(shí)考慮旁滲水的排除措施[ 4 ] 。
?、诙静贿\(yùn)行渠道,應(yīng)在日平均氣溫穩(wěn)定進(jìn)入0℃前10天停水;冬季運(yùn)行渠道,在負(fù)溫期必須連續(xù)通水,并保持在最低設(shè)計(jì)水位以上運(yùn)行。
?、勖磕陸?yīng)進(jìn)行一次襯砌體的裂縫修補(bǔ),使砌縫間填料保持原設(shè)計(jì)狀態(tài);襯砌渠的封頂應(yīng)保持完好,不允許有外水滲入襯砌體背后。
?、軕?yīng)及時(shí)修補(bǔ)各種排水措施,保證排水通暢,冬季不運(yùn)行渠道應(yīng)在停水后及時(shí)清障;不允許渠內(nèi)和排水溝內(nèi)積水。
⑤渠堤外側(cè),應(yīng)植喜水性樹(shù)木護(hù)堤。
參考文獻(xiàn)
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[2] 唐剛英. 關(guān)于防滲渠道防凍設(shè)計(jì)的設(shè)想. 塔里木農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 15 (4) : 61 .
[3] 那文杰. 寒冷地區(qū)渠道混凝土襯砌防凍害的幾個(gè)問(wèn)題. 黑龍江水專學(xué)報(bào), 2001, 28 (3) : 83～84.
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