砼襯砌渠道破壞的主要原因及防治初探

馬福培

摘要：砼襯砌渠道產(chǎn)生破壞的原因較多，防治砼破壞對(duì)渠道防滲、防止水毀事故發(fā)生十分重要。

關(guān)鍵詞：砼破壞原因防治

一、 綜合說明

1、前言

大通縣石山泵站灌區(qū)位于大通縣橋頭鎮(zhèn)東南的原元朔地區(qū)，始建于1968年，設(shè)計(jì)灌溉面積1．65萬畝，承擔(dān)著大通縣橋頭鎮(zhèn)、長(zhǎng)寧鎮(zhèn)及石山鄉(xiāng)的12個(gè)行政村的農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)。石山泵站灌區(qū)自興建投入運(yùn)行以來，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和增加農(nóng)民收入起到了巨大的推動(dòng)作用，發(fā)揮著積極的效益。

石山泵站灌區(qū)干渠6+750～12+290段地處易滑坡地段，土質(zhì)為粘性紅紅土，該處渠段位于山坡上，山體泉水、滲流水頗多，滲漏、塌方、滑坡等問題頻繁出現(xiàn)。多年來，石山泵站管理所在轄區(qū)干、支渠險(xiǎn)段的處理過程中逐漸積累了一些好的、值得推廣的經(jīng)驗(yàn)與做法，尤其是在應(yīng)對(duì)砼襯砌渠道破壞等方面做了一些新的探索。現(xiàn)就分析石山泵站灌區(qū)砼襯砌渠道產(chǎn)生破壞的原因及施工襯砌方法，提出近年來在水利施工過程中總結(jié)的幾種防治措施，以供大家共同探討。

2、砼襯砌渠道的優(yōu)點(diǎn)

本文所指砼是僅用砂漿、水泥和水按一定的配合比經(jīng)攪拌而得的，俗稱“素砼”。

砼渠道襯砌是提高水利系數(shù)、節(jié)約用水、控制渠道滲漏及預(yù)防水毀事故發(fā)生的一種有效的途徑。經(jīng)過襯砌的渠道防滲性能好、耐久性好、強(qiáng)度高，過水能力明顯增強(qiáng)，邊坡粗糙率減小，使用壽命也相應(yīng)增加，適應(yīng)性廣泛。

二、砼襯砌渠道產(chǎn)生破壞的主要形式

砼襯砌渠道雖然有上述許多優(yōu)點(diǎn)，但是由于當(dāng)?shù)赝临|(zhì)、環(huán)境及氣候、管理等方面的原因，渠道中已襯砌的砼會(huì)產(chǎn)生破壞。

1、凍脹破壞

由于各種原因引起的凍脹會(huì)使已經(jīng)襯砌的渠道發(fā)生形變，產(chǎn)生裂縫、鼓脹等各種形式的破壞。

2、斷裂破壞

渠基由于水壓產(chǎn)生不均勻沉降，渠底板會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫，甚至斷裂。。

3、汽蝕破壞

汽蝕破壞會(huì)剝蝕已經(jīng)襯砌的砼表面，使之粗糙，從而使糙率增大，降低過水能力，嚴(yán)重的汽蝕破壞甚至可能導(dǎo)致大面積砼表皮的剝離，影響渠道整體運(yùn)行。

三、 砼襯砌渠道產(chǎn)生破壞的主要原因

1、凍脹破壞產(chǎn)生的原因

隨著現(xiàn)澆砼襯砌渠道使用年限的增加，渠道的防滲效果隨之降低，而石山泵站灌區(qū)干渠6+750～12+290地段處于易滑坡和地下水、滲流泉水較多的地段，渠基土質(zhì)含水量較大，已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)。渠道因?yàn)槎竟喔?、水力發(fā)電等原因，停水前后平均氣溫降至0℃左右，導(dǎo)致土體內(nèi)的水份尚未完全下滲遷移而基土表層已經(jīng)開始凍結(jié)。這種凍結(jié)直接造成了砼襯砌渠道產(chǎn)生不均勻分布的凍脹破壞。在這種破壞中，挖方較深、地下水較多、滲流泉水水位較高的渠段被破壞的相對(duì)嚴(yán)重一些，渠底、渠坡面下方和背陽渠段的凍脹破壞也相應(yīng)地比較嚴(yán)重。

2、斷裂破壞產(chǎn)生的主要原因

這種種形式的破壞是由于在襯砌渠道時(shí)草率施工，對(duì)挖方深、地下水較多的地段的淤泥、腐土未做清理或其它形式的處理，也沒有對(duì)生活垃圾、石塊等到廢棄物進(jìn)行安全清理，渠基填筑夯實(shí)未達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度。這種極不規(guī)范的施工狀態(tài)下實(shí)施的工程，必然導(dǎo)致渠基因夯實(shí)密實(shí)度不均勻。通水時(shí)渠基受力不均導(dǎo)致剪力不均而造成砼襯砌渠道底部變形、斷裂。

3、汽蝕破壞的產(chǎn)生原因

水流在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的空泡，在水中的高壓位置，空泡就突然潰滅，砼襯砌表面受到這種水流內(nèi)部壓力降低的作用，會(huì)出現(xiàn)變形，這種變形表現(xiàn)為對(duì)砼的剝蝕，產(chǎn)生蜂窩麻面，甚至表皮脫落。

四、 防治措施

4．1．凍脹破壞的防治措施

根據(jù)不同的地質(zhì)、氣候以及施工條件，在襯砌渠道過程中，對(duì)砼的防凍主要采取以下措施。

4．1．1采取墊層法

在施工過程中，要視其具體情況而分別采用以下三種措施防凍：換填砂礫石法、換填三合土法以及鋪設(shè)土工膜法。

換填砂礫石法。具體的做法是完全清除原渠道內(nèi)的舊的基土（包括因滲漏而導(dǎo)致的淤泥等雜物），根據(jù)渠道陰面、陽面而采用不同厚度的砂礫石墊層，一般設(shè)計(jì)厚度為20～40CM，通常鋪設(shè)25CM左右即可。砂礫石粒徑控制在5～30MM左右，要填筑盡量不含泥沙的礫石。這種做法的防凍作用是顯而易見的，當(dāng)墊層下的基土表層開始凍結(jié)而產(chǎn)生張力的時(shí)候，礫石在位移的過程中將這般凍脹力傳遞到礫石空間的間隙當(dāng)中，從而使這股凍脹力消于無形，而不會(huì)傳遞到砼襯砌層上，也就有效地防止了基土變形和砼凍脹。

4．1．2換填三合土法

土含水量較大而地下水水位相對(duì)較低、地下水和滲流水基本沒有或較少的渠段，我們通常的做法是按當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度把這部分渠段的凍結(jié)性基土換成非凍脹性材料，即“三合土”。所謂“三合土”，是指用黃土、白灰、砂子按比例拌好后夯實(shí)而成的密實(shí)度很高的非凍脹性土，在施工資金允許的情況下用造價(jià)相對(duì)高一些的紅土與碾壓碎石夯實(shí)的“二合土”換基做墊層防凍效果更佳。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是在置換材料與原基土之間應(yīng)鋪設(shè)反濾層隔離，使渠內(nèi)的少量滲水能順利地從換填材料經(jīng)反濾層排出。

4．1．3鋪設(shè)土工膜法

土工膜是由一層防水極好的土工布（150g／㎡）和若干層0．2mm聚乙烯防滲膜復(fù)合而成的防滲材料，有一布一膜和一布幾膜之分。在施工條件允許的情況下通常采用較為節(jié)省資金的一布一膜土工膜。土工膜質(zhì)輕、適應(yīng)變形能力較強(qiáng)、防滲性好、造價(jià)低，有很好的耐腐蝕性。

加鋪土工膜的主要目的是降低渠道的滲漏損失，而滲漏水是導(dǎo)致砼襯砌發(fā)生凍脹的主要原因之一。在渠道基土為含水量較高的土質(zhì)、而砼又因表面剝蝕或后期保養(yǎng)的不到位產(chǎn)生裂縫時(shí)不致使少量的渠內(nèi)滲水排入渠基造成渠基土壤含水過高、在冬季出現(xiàn)較為嚴(yán)重的凍脹。在發(fā)生凍脹事故較嚴(yán)重的渠段可以在土工膜上方拍一層5～8㎝厚的土，然后在土上再加鋪砂礫石，最后進(jìn)行砼襯砌的方法防凍。

在使用土工膜時(shí)需要特別強(qiáng)調(diào)的是須鋪設(shè)土工膜渠道斷面的平整性，渠道斷面粗平后，要進(jìn)行人工精削，最后用檢尺刮平，絕對(duì)不允許出現(xiàn)有尖刺的雜物或者石塊等以免銳物刺穿土工膜導(dǎo)致防滲局部失效釀成隱患。在土工膜上方加墊砂礫時(shí)也必須得保證土工膜與砂礫中間的土層厚度至少要大于砂礫墊層中砂礫的最大粒徑。土工膜的鋪設(shè)根據(jù)防滲要求通常使用全鋪式，即兩邊渠坡、渠底三面鋪，邊坡的鋪膜高度應(yīng)該高于設(shè)計(jì)水位線。這種鋪設(shè)形式適用于兩側(cè)邊坡穩(wěn)定的梯形斷面渠道。在進(jìn)行土工膜鋪設(shè)時(shí)要做好接縫的搭接處理。搭接時(shí)順?biāo)鞣较蚝痛怪彼鞣较虼罱娱L(zhǎng)度均不小于30㎝，并進(jìn)行3次折疊式搭接。順?biāo)鞣较虼罱訒r(shí)，在施工現(xiàn)場(chǎng)，由技術(shù)人員用焊接機(jī)提前焊接好；垂直水流方向搭接時(shí)由技術(shù)人員在渠坡上現(xiàn)場(chǎng)焊接。焊接時(shí)，兩條焊焊縫不能有漏焊、燒點(diǎn)、氣泡等，如果有這種情況發(fā)生，要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊。

4．1．4截留、切斷基土水的補(bǔ)給源法

根據(jù)地形在不影響渠道安全運(yùn)行及田地灌溉的情況下，地下水位較高的渠段可以適當(dāng)?shù)亟ㄒ恍┟鳒匣虬禍?，用以截留、切斷渠段基土水的補(bǔ)給源。最好將截留的水通過其他形式的排水方法排掉，譬如直接將明溝通到附近的排洪溝等方法。截?cái)嗔饲阑凉负a(bǔ)給源就有效地防止了基土凍脹而導(dǎo)致的襯砌砼的凍脹破壞。

另外，還可以用在道兩側(cè)種植樹木的方法防凍。樹木的根系呈網(wǎng)狀盤結(jié)分布，可使渠段基土成為非凍脹性纖維土。同時(shí)，樹木根須還可以大量吸收土體中的水份，降低基土的含水量，能起到很好的防凍脹效果。而且，植樹造林對(duì)自然植被恢復(fù)，防風(fēng)、防沙等方面也有重大貢獻(xiàn)，美化了環(huán)境又為水管單位創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

4.2斷裂破壞的防治措施

處理砼襯砌渠道斷裂，主要有以下措施：

4.2.1小構(gòu)件砼預(yù)制板襯砌法

所謂小構(gòu)件砼預(yù)制板即根據(jù)所需襯砌渠道邊坡的長(zhǎng)度分成若干段預(yù)制的小型砼。因?yàn)閷?duì)梯形渠邊坡的現(xiàn)澆強(qiáng)度在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)很難掌握，而達(dá)不到砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求也就是在運(yùn)行過程中產(chǎn)生裂縫的原因之一。因此，預(yù)制小構(gòu)件砼板，可以在平整襯砌渠道斷面的同時(shí)進(jìn)行，或在供水施工期，這種方法在寒冷地區(qū)相當(dāng)適用。因?yàn)楹涞貐^(qū)麥?zhǔn)占竟?jié)較晚，而農(nóng)灌渠系建筑物的新建維修在麥?zhǔn)者^后才能進(jìn)行。如果等到處理好渠基斷面再現(xiàn)澆襯砌，無疑需要較長(zhǎng)工期，那么對(duì)施工技術(shù)有了新的要求，比如防凍等。相對(duì)現(xiàn)澆而言，鋪設(shè)小構(gòu)件砼板縮短了施工期，更重要的是預(yù)制板的設(shè)計(jì)施工強(qiáng)度比在梯形坡面上現(xiàn)澆砼更容易達(dá)到，而且，易于施工。當(dāng)然，相比大面積現(xiàn)澆砼襯砌而言，小構(gòu)件鋪設(shè)多為勾縫工作，對(duì)勾縫的處理要做嚴(yán)格要求。縫寬4-5厘米，填筑C20細(xì)沙砼，填筑搗實(shí)，表面壓光，一般板縫不允許高出預(yù)制構(gòu)件表面，以面影響過水能力。小構(gòu)件砼襯砌，裂縫只能出現(xiàn)在板縫中間，而板縫處理相對(duì)容易。

4.2.2其它方法

1、選線時(shí)渠基遠(yuǎn)離地下水（遠(yuǎn)離凍土層厚度）。

2、渠道襯砌時(shí)選擇反弧U型斷面。

3、在管理上，最后一次灌溉應(yīng)在結(jié)冰前，春灌也不能太早。

砼襯砌出現(xiàn)斷裂，除了地基影響外，還有具體的施工當(dāng)中的質(zhì)量問題，如水泥、砂料、拌和水質(zhì)等材料不符合要求，砼是否按設(shè)計(jì)合理進(jìn)行澆筑，厚度是否達(dá)到要求，以及后期的保養(yǎng)工作是否達(dá)標(biāo)等。

五、結(jié)語

“水利是農(nóng)業(yè)的命脈”，安全供水、保持穩(wěn)定對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響很大，分析并解決渠道的凍脹問題，對(duì)構(gòu)建和諧灌區(qū)，建立人水和諧的新型節(jié)水型、服務(wù)型灌區(qū)有著十分重要的意義。