摘要：渠道凍害是西北地區(qū)灌區(qū)中普遍存在的問題，也是運行管理中較難解決的實際問題。通過對皋蘭縣西電灌區(qū)混凝土預(yù)制塊襯砌渠道的凍害調(diào)查、分析，結(jié)合多年的運行管理經(jīng)驗，提出了相應(yīng)的防治措施。
關(guān)鍵詞：西電灌區(qū)；混凝土預(yù)制塊；襯砌渠道；凍害防治
1概述
西電灌區(qū)位于甘肅中部干旱地區(qū)、黃河流域中游，工程所在地區(qū)具有典型的大陸性氣候特征，光照充足，氣候干燥，溫差變幅大，雨量稀少而蒸發(fā)量大。據(jù)皋蘭縣氣象站1964～2007年資料統(tǒng)計，灌區(qū)年平均氣溫7.10 ℃，極限最高氣溫38.50 ℃，最低氣溫-25.40 ℃；年平均降水量266mm，年平均蒸發(fā)量1 853.50mm；風(fēng)向多為西北風(fēng)，年平均風(fēng)速2m/s，最大風(fēng)速17m/s；最大凍土深度119cm，年平均無霜期166d。西電灌區(qū)共建成干渠3條，長86.80km，支渠29條，長186km。其中混凝土預(yù)制塊襯砌渠道占渠道總長的80%，由于凍脹破壞，加之經(jīng)多年運行，混凝土預(yù)制塊襯砌渠道大面積破損，凍脹滑坡，基礎(chǔ)塌陷，滲漏嚴(yán)重。渠系水利用率、安全保證率逐年下降，維修勞動強度大，運行成本高。
2凍害原因
通過對灌區(qū)混凝土預(yù)制塊襯砌渠道凍脹現(xiàn)象、發(fā)生部位及特點的分析，初步認為襯砌渠道凍脹破壞的主要因素有凍脹壓力、溫度變化、地下水位變化及混凝土預(yù)制塊質(zhì)量缺陷等。
2.1凍脹壓力西電灌區(qū)渠道基礎(chǔ)為濕陷性黃土，該土質(zhì)具有強濕陷性、弱透水性，具備凍脹性基礎(chǔ)的基本特征。渠基土的含水量是渠道發(fā)生凍脹破壞的決定性因素。渠基所含的水分大多為地面滲水或地下水位過高所致。渠基的含水量較大，導(dǎo)致土壤水飽和產(chǎn)生凍脹。
凍脹壓力產(chǎn)生的破壞主要有3種：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土預(yù)制塊長時間處于水下，材料中必定含有一定的水分，這一部分水在溫度下降到0 ℃以下后凝結(jié)成冰，體積短時間內(nèi)發(fā)生膨脹，當(dāng)膨脹應(yīng)力大于材料的膨脹系數(shù)時，混凝土產(chǎn)生裂縫。裂縫就成為滲水的又一通道，使得渠道滲水量增大，渠基含水量也逐漸增大，加劇了混凝土的凍脹破壞。②渠道停水后，殘留的余水滲入混凝土預(yù)制塊和渠道基礎(chǔ)中，使得含水增大。特別是冬季結(jié)冰較厚時，冰塊邊緣與渠道襯砌混凝土接觸面以下水量補充充足，凍脹加大，但較厚的冰層限制了混凝土預(yù)制塊的伸縮，造成混凝土預(yù)制塊在冰層接觸處折斷。③混凝土預(yù)制塊與渠基土凍結(jié)成一體，當(dāng)凍脹應(yīng)力大于混凝土預(yù)制塊在低溫下的承受力時，混凝土預(yù)制塊發(fā)生裂縫破壞。
2.2土體溫度渠道基礎(chǔ)土中的水分要凝結(jié)，就必須有一定的溫度條件，土壤凍結(jié)的臨界溫度隨著土壤類型不同而變化。一般砂土的臨界溫度為-0.20 ℃以下、壤土為-0.40 ℃以下、黏土為-0.70 ℃以下。皋蘭縣屬季節(jié)性凍土發(fā)生區(qū)域，隨著溫度的降低，地表溫度由零上向零下轉(zhuǎn)變，隨著低溫天氣的持續(xù)，地表溫度降低由淺層向深層發(fā)展，土壤凍結(jié)厚度逐步加大，每年1～2月為溫度最低時段，此時土壤凍土深度達到最大120cm。由于渠道的走向不同，土體的溫度也有差異。特別是東西走向的渠道，受日照的時間不同，渠道兩側(cè)渠基土體溫度也不同，凍脹量不均勻，易產(chǎn)生凍脹滑坡和渠道軸向位移。例如西電灌區(qū)的西干渠、東干渠的部分支渠為東西走向，渠道極易產(chǎn)生軸向位移，每3～5a就要拆除重新襯砌、復(fù)位1次。
2.3混凝土質(zhì)量缺陷及侵蝕破壞一種是混凝土預(yù)制塊在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，例如水泥、砂石料、水的質(zhì)量不合格，使得混凝土預(yù)制塊本身的抗凍脹能力下降，也容易產(chǎn)生凍脹破壞。另一種是渠道所處的地方地下水位過高，且水中多含酸、堿類化學(xué)物質(zhì)，對混凝土預(yù)制塊產(chǎn)生較大的侵蝕，使混凝土預(yù)制塊酥松，失去強度。例如西電灌區(qū)的總干三級部分渠段，東干二級車路溝支渠，渠道混凝土預(yù)制塊破壞特別嚴(yán)重，幾乎每年都要大面積翻襯處理。
2.4基礎(chǔ)渠道基礎(chǔ)土壤的密實度也是影響混凝土預(yù)制塊破壞的主要因素?；A(chǔ)密度低，水分易滲透，致使基礎(chǔ)強度降低，基土滑移、沉陷也易產(chǎn)生混凝土預(yù)制塊斷裂、架空。
3防治措施
3.1復(fù)合土工膜或塑料布防滲在渠道土基上鋪設(shè)復(fù)合土工布或塑料布進行防滲，減少渠道水滲漏量，降低渠基的含水量，減小凍脹力。西電灌區(qū)在近幾年渠道襯砌施工中多采用使用壽命長、防滲效果好的復(fù)合土工膜。土工膜一般要求厚度0.30mm，滲透系數(shù)K≤10～11cm/s,斷裂強度不小于14kN/m,CBR頂破強度不小于2.40kN。土工膜粘接采用熱粘接法，搭接長度不小于20cm，粘接部位必須經(jīng)過滲透測試，不允許有漏粘或粘接不牢。鋪設(shè)要平整，在鋪設(shè)前應(yīng)對渠基進行平整、夯實，鋪設(shè)從上游向下游鋪設(shè)。在施工中防止劃破土工膜，如遇破損應(yīng)及時粘貼焊接。鋪設(shè)土工膜及埋壓采用人工。土工膜上設(shè)厚40mm的M10水泥砂漿砌筑混凝土預(yù)制塊，每5m設(shè)一道橫向伸縮縫。伸縮縫用1∶3的瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。 混凝土用預(yù)制塊嵌縫為高標(biāo)號砂漿。
3.2砂礫石墊層在挖方渠段施工中，渠基土夯實后鋪填厚度為300～500mm的砂礫石墊層，要求夯實，一般要求干容重不小于2.10t/m3，上部鋪設(shè)混凝土預(yù)制塊，高標(biāo)號砂漿勾縫，每10m設(shè)一道橫向伸縮縫。
3.3漿砌塊石在地下水位較高的渠段，采用漿砌塊石形式，根據(jù)實際情況選用抗硫酸鹽水泥，每10m設(shè)一道橫向伸縮縫。伸縮縫處理為外側(cè)夾設(shè)厚40mm的油浸木絲板，內(nèi)側(cè)用1∶3瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。邊坡一般為1∶0.5，漿砌塊石厚度渠道底部為500mm，頂部為300mm的擋土墻形式。
4結(jié)語
做好凍害防治工作，應(yīng)分析原因，結(jié)合實際，區(qū)別對待，才能使渠道延長使用壽命，提高輸水能力，降低水量損失?；炷令A(yù)制塊襯砌渠道的凍害防治對灌區(qū)的渠道管理意義重大，西電灌區(qū)通過應(yīng)用以上幾種防治措施，效果明顯，運行良好。
關(guān)鍵詞：西電灌區(qū)；混凝土預(yù)制塊；襯砌渠道；凍害防治
1概述
西電灌區(qū)位于甘肅中部干旱地區(qū)、黃河流域中游，工程所在地區(qū)具有典型的大陸性氣候特征，光照充足，氣候干燥，溫差變幅大，雨量稀少而蒸發(fā)量大。據(jù)皋蘭縣氣象站1964～2007年資料統(tǒng)計，灌區(qū)年平均氣溫7.10 ℃，極限最高氣溫38.50 ℃，最低氣溫-25.40 ℃；年平均降水量266mm，年平均蒸發(fā)量1 853.50mm；風(fēng)向多為西北風(fēng)，年平均風(fēng)速2m/s，最大風(fēng)速17m/s；最大凍土深度119cm，年平均無霜期166d。西電灌區(qū)共建成干渠3條，長86.80km，支渠29條，長186km。其中混凝土預(yù)制塊襯砌渠道占渠道總長的80%，由于凍脹破壞，加之經(jīng)多年運行，混凝土預(yù)制塊襯砌渠道大面積破損，凍脹滑坡，基礎(chǔ)塌陷，滲漏嚴(yán)重。渠系水利用率、安全保證率逐年下降，維修勞動強度大，運行成本高。
2凍害原因
通過對灌區(qū)混凝土預(yù)制塊襯砌渠道凍脹現(xiàn)象、發(fā)生部位及特點的分析，初步認為襯砌渠道凍脹破壞的主要因素有凍脹壓力、溫度變化、地下水位變化及混凝土預(yù)制塊質(zhì)量缺陷等。
2.1凍脹壓力西電灌區(qū)渠道基礎(chǔ)為濕陷性黃土，該土質(zhì)具有強濕陷性、弱透水性，具備凍脹性基礎(chǔ)的基本特征。渠基土的含水量是渠道發(fā)生凍脹破壞的決定性因素。渠基所含的水分大多為地面滲水或地下水位過高所致。渠基的含水量較大，導(dǎo)致土壤水飽和產(chǎn)生凍脹。
凍脹壓力產(chǎn)生的破壞主要有3種：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土預(yù)制塊長時間處于水下，材料中必定含有一定的水分，這一部分水在溫度下降到0 ℃以下后凝結(jié)成冰，體積短時間內(nèi)發(fā)生膨脹，當(dāng)膨脹應(yīng)力大于材料的膨脹系數(shù)時，混凝土產(chǎn)生裂縫。裂縫就成為滲水的又一通道，使得渠道滲水量增大，渠基含水量也逐漸增大，加劇了混凝土的凍脹破壞。②渠道停水后，殘留的余水滲入混凝土預(yù)制塊和渠道基礎(chǔ)中，使得含水增大。特別是冬季結(jié)冰較厚時，冰塊邊緣與渠道襯砌混凝土接觸面以下水量補充充足，凍脹加大，但較厚的冰層限制了混凝土預(yù)制塊的伸縮，造成混凝土預(yù)制塊在冰層接觸處折斷。③混凝土預(yù)制塊與渠基土凍結(jié)成一體，當(dāng)凍脹應(yīng)力大于混凝土預(yù)制塊在低溫下的承受力時，混凝土預(yù)制塊發(fā)生裂縫破壞。
2.2土體溫度渠道基礎(chǔ)土中的水分要凝結(jié)，就必須有一定的溫度條件，土壤凍結(jié)的臨界溫度隨著土壤類型不同而變化。一般砂土的臨界溫度為-0.20 ℃以下、壤土為-0.40 ℃以下、黏土為-0.70 ℃以下。皋蘭縣屬季節(jié)性凍土發(fā)生區(qū)域，隨著溫度的降低，地表溫度由零上向零下轉(zhuǎn)變，隨著低溫天氣的持續(xù)，地表溫度降低由淺層向深層發(fā)展，土壤凍結(jié)厚度逐步加大，每年1～2月為溫度最低時段，此時土壤凍土深度達到最大120cm。由于渠道的走向不同，土體的溫度也有差異。特別是東西走向的渠道，受日照的時間不同，渠道兩側(cè)渠基土體溫度也不同，凍脹量不均勻，易產(chǎn)生凍脹滑坡和渠道軸向位移。例如西電灌區(qū)的西干渠、東干渠的部分支渠為東西走向，渠道極易產(chǎn)生軸向位移，每3～5a就要拆除重新襯砌、復(fù)位1次。
2.3混凝土質(zhì)量缺陷及侵蝕破壞一種是混凝土預(yù)制塊在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，例如水泥、砂石料、水的質(zhì)量不合格，使得混凝土預(yù)制塊本身的抗凍脹能力下降，也容易產(chǎn)生凍脹破壞。另一種是渠道所處的地方地下水位過高，且水中多含酸、堿類化學(xué)物質(zhì)，對混凝土預(yù)制塊產(chǎn)生較大的侵蝕，使混凝土預(yù)制塊酥松，失去強度。例如西電灌區(qū)的總干三級部分渠段，東干二級車路溝支渠，渠道混凝土預(yù)制塊破壞特別嚴(yán)重，幾乎每年都要大面積翻襯處理。
2.4基礎(chǔ)渠道基礎(chǔ)土壤的密實度也是影響混凝土預(yù)制塊破壞的主要因素?；A(chǔ)密度低，水分易滲透，致使基礎(chǔ)強度降低，基土滑移、沉陷也易產(chǎn)生混凝土預(yù)制塊斷裂、架空。
3防治措施
3.1復(fù)合土工膜或塑料布防滲在渠道土基上鋪設(shè)復(fù)合土工布或塑料布進行防滲，減少渠道水滲漏量，降低渠基的含水量，減小凍脹力。西電灌區(qū)在近幾年渠道襯砌施工中多采用使用壽命長、防滲效果好的復(fù)合土工膜。土工膜一般要求厚度0.30mm，滲透系數(shù)K≤10～11cm/s,斷裂強度不小于14kN/m,CBR頂破強度不小于2.40kN。土工膜粘接采用熱粘接法，搭接長度不小于20cm，粘接部位必須經(jīng)過滲透測試，不允許有漏粘或粘接不牢。鋪設(shè)要平整，在鋪設(shè)前應(yīng)對渠基進行平整、夯實，鋪設(shè)從上游向下游鋪設(shè)。在施工中防止劃破土工膜，如遇破損應(yīng)及時粘貼焊接。鋪設(shè)土工膜及埋壓采用人工。土工膜上設(shè)厚40mm的M10水泥砂漿砌筑混凝土預(yù)制塊，每5m設(shè)一道橫向伸縮縫。伸縮縫用1∶3的瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。 混凝土用預(yù)制塊嵌縫為高標(biāo)號砂漿。
3.2砂礫石墊層在挖方渠段施工中，渠基土夯實后鋪填厚度為300～500mm的砂礫石墊層，要求夯實，一般要求干容重不小于2.10t/m3，上部鋪設(shè)混凝土預(yù)制塊，高標(biāo)號砂漿勾縫，每10m設(shè)一道橫向伸縮縫。
3.3漿砌塊石在地下水位較高的渠段，采用漿砌塊石形式，根據(jù)實際情況選用抗硫酸鹽水泥，每10m設(shè)一道橫向伸縮縫。伸縮縫處理為外側(cè)夾設(shè)厚40mm的油浸木絲板，內(nèi)側(cè)用1∶3瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。邊坡一般為1∶0.5，漿砌塊石厚度渠道底部為500mm，頂部為300mm的擋土墻形式。
4結(jié)語
做好凍害防治工作，應(yīng)分析原因，結(jié)合實際，區(qū)別對待，才能使渠道延長使用壽命，提高輸水能力，降低水量損失?；炷令A(yù)制塊襯砌渠道的凍害防治對灌區(qū)的渠道管理意義重大，西電灌區(qū)通過應(yīng)用以上幾種防治措施，效果明顯，運行良好。
