灌區混凝土防滲渠道凍脹的防治技術

【摘要】灌區運營過程中，防滲渠道的凍脹破壞是影響渠道使用年限的一個主要因素，做好渠道防滲防凍脹施工可以全面提高水資源利用率，節省用水量，延長渠道使用壽命。本文以實際工程為例，首先對灌區混凝土防滲渠道常見的凍脹表現形式進行介紹，然后結合灌區具體情況，提出了相應的凍脹防治措施，具有一定的借鑒參考價值。

【關鍵詞】灌區混凝土;防滲渠道凍脹;防治技術

一直以來，混凝土防滲渠道凍脹破壞問題都是影響渠道工程質量的一個主要因素。混凝土防滲渠道一旦出現凍脹，不僅會對渠道工程的經濟性、高效性和安全性造成影響，同時還會增加灌區的管理難度，減少水利工程使用壽命，所以研究混凝土渠道凍脹破壞因素是當前水利工程工作人員需要重點進行研究的一個課題。

1、工程概況

新疆三屯河灌區地勢較復雜，分南部山區，中部平原，北部沙漠三大部分。所處地區為大陸性干旱氣候，晝夜溫差大，全年夏季炎熱冬季寒冷，日照充足，年降雨平均在400～500mm以上，蒸發量大，年平均氣溫7℃，在極端環境下氣溫為-38.1℃～41.2℃范圍內，灌區最大凍深為1.2m，灌區混凝土防滲渠道主要采用換填砂礫料的方法對基土進行換填，進而達到防治渠道凍脹的目的。但是每年冬季，渠道襯砌混凝土表面依然會出現凍脹、斷裂等問題，需要采用相應的凍脹防治技術進行處理。

2、灌區混凝土凍脹表達形式

2.1 灌區表面剝蝕

本灌區渠道均由混凝土形成襯砌，由于砼材料存在水分，當溫度達到零下時，材料內部水分會結冰，引發體積膨脹，當材料內部作用力遠超過砼強度時，渠道將會形成裂縫，使得材料吸水性增加，通過多次凍結-融化-凍結等循環作用，使得灌區內砼表面出現砂漿面層剝蝕現象。研究發現，引發這種情況的原因是施工時砼表面沒有振搗密實。

2.2 灌渠發生隆起、架空

灌區內存在某些渠段的地下水位偏高，渠低常出現凍脹量現象非常嚴重，相對而言，渠頂凍脹量小一些。觀測發現，對于地下水位偏高的渠段，常發生一些襯砌大幅度隆起和架空的問題，經常出現問題的部位是渠底中部或坡腳處。

2.3 灌渠鼓脹形成裂縫

冬季，本灌區溫度相對很低，渠道中的砼襯砌板和集土凝結為整體，受到材料凍結力、凍脹力、砼板本身拉應力共同作用，一旦應力值超過低溫下砼板的極限應力值時，渠道砼板體將出現損壞。整個灌區內，相對尺寸大的砼板其安置沿著水0流方向，此時，襯砌結構易形成凍脹裂縫，出現裂縫的位置通常位于渠坡腳以上的 1/4～2/3 坡長范圍，以及渠底中部。觀測發現，當冬季灌區內部儲存水量時，裂縫常發生在水面附件的渠坡上。

2.4 灌渠滑塌

本灌區凍脹后還會出現部分襯砌渠段滑塌情況。經過多次反復凍結-融化作用，造成坡地、坡腳處砼襯砌板出現架空和隆起現象，當春季來臨后基土發生融化，原受力部位因作用力失衡，造成砼襯砌板被推開，發生移位現象，進而使得上部襯砌板發生塌落，渠坡出現滑塌的現象。

2.5 部分渠段整體上抬

觀測發現，本灌區某些渠段因砼襯砌結構整體良好，基土充盈，渠道內部襯砌結構相對較完好。但是，經過水準儀測量發現，該渠段出現整體抬升或下沉現象。

3、凍脹原理

渠道凍脹的因素有土壤內土體、水分及溫度等，渠道發生凍脹破壞原理是低溫作用下使渠道基土體積膨脹，達一定強度后引起渠道襯砌混凝土結構破壞。冬季持續低溫是引發渠道凍脹損壞的前提;因施工質量問題，材料內含足量的毛細水、自由水，以及外界水分的補給，這都是引發渠道凍脹問題的必要因素;渠道結構材料的熱脹冷縮性質是引起渠道凍脹損壞的作用原理。由此可見，水分的存在是引發渠道凍脹損壞的必要因素。

調研發現，該灌區渠道凍脹損壞主要出現在中下游。分析可知，本灌區中下游的土壤顆粒細、地下水位低、土壤內毛細水和自由水量大，當持續低溫時，土壤內部結構因低溫受凍使得體積膨脹，引起渠集土體膨脹，砼襯砌結構移位，造成渠道凍脹損壞。調查發現，渠道凍脹損壞嚴重影響到本灌區的經濟發展，故提升渠道建設質量就顯得非常重要。

4、灌區渠道凍脹防治辦法

4.1 渠基土換填法的應用

渠基土換填法的優點是保溫作用顯著，可以優化渠基土體的結構，主要表現為：當渠道建設處換填材料充裕時，渠基土換填法可降低渠道建設成本;當整個渠基土徹底換填為滿足工程需求和相關規程要求的合格土質時，渠基土換填法可長久解決渠道凍脹損壞問題的發生。渠基土換填法的缺點是換填土方量大，相對于換填材料需要長距離運輸的情況時，選擇該方法會使得施工成本提高;渠基土換填的施工難度較大，難以把控渠基土換填施工的整體質量。

本灌區部分凍脹損壞渠段較嚴重的地方，其渠道周圍土壤材質弱凍脹土材質-沙礫石和風積砂，以及該渠段選擇的換填方式是半挖半填，結合這些因素，本灌區選用渠基土換填法可以有效的防治渠道凍脹損壞。后期觀測發現，運營效果良好。

4.2 雷諾護墊的引入

本灌區原渠底選用了預制砼板護砌防滲，因工程開始施工為五月份，處于農業灌溉高峰期，相對地下水位很高，渠底部位有泥巖挖出。經過專家分析，為避免變形、凍漲、沖刷等影響，可將渠底預制砼板防滲調換為柔性防護，即雷諾石籠護墊形式，選用了鍍鋅雙絞合低碳鋼絲網格雷諾護墊，本產品是一種新型的鍍鋅合金產品，結構內裝卵石，透水性良好，可以在水下保持20年不生銹，具有良好的防凍脹性能。本工程在同年十月竣工，次年正式進入運營期，經過后面幾年的運行觀測發現，雷諾護墊的引入大大改善了北方地區冬季渠道渠底鼓包、凍漲、變形等情況的發生概率，很適合季節性施工，不需要維修。

4.3 設置合理的渠道伸縮縫

現場觀測發現，本罐區裂縫發生渠段大都在2m～4m內，其中3m～4m間最多。結合觀測結果，初步設計渠系改建時布設合理的施工縫于2m～5m內，避免布設過密，易增大施工量，減緩施工進度;布設太稀，不能起到防水作用。結合施工的便利性，決定間隔3m～4m布設一道，底端還將增加變形縫，并增厚基礎襯砌材料，防止材料不均勻造成沉陷及渠道斷裂。結合縫隙漏水情況發現，漏水原因是縫隙里面未填充塞物或填塞物未起作用，故在進行縫隙鋪設時需選擇低溫延展性好、高溫穩定性強的防滲漏材料。本渠道選擇了新型的材料-SBS改性瀝青防水卷材，該材料選擇SBS橡膠改性石油瀝青作為浸漬覆蓋層材料，用聚酯纖維無紡布、玻纖氈、黃麻布等來作胎基，防粘隔離層材料為塑料薄膜，經過選材、配料、共熔、浸漬、復合成型、卷曲等多道復雜加工工序制作而成，其低溫柔韌性非常強，具有較高的防水性能。該卷材耐高溫性能非常好，溫度適用范圍較大，在-25℃～+100℃范圍內均可正常使用，彈性、耐疲勞性、耐撕裂能力較強，常適用于北方寒冷地區，對于變形和振動較大的民用性防水建筑工程同樣適用。本方法最大的特點是：施工與工程主體同步進行，無需其他設備，施工方便，工期較短。

4.4 引入排水管、排水溝

罐區渠道中現澆混凝土加塑膜雙防渠段部分，有的地方地下水位遠超過渠底水位，因其防滲措施選擇了混凝土加塑雙防形式，造成地下水無法順利排出，進而導致凍脹損壞渠道，結合工期短、任務重、節約成本等因素，上級領導商定，最終決定采取在總干渠渠內坡堤腳處增設排水管道的方法，將渠底地下水經由排水管順利引出渠床，進而減小地下水位，有效的降低了渠道凍脹損壞的幾率，大大改善了該段渠道凍脹損壞的程度。對于部分全挖方的渠道，需增加排水溝，以此減小地下水位和基土的含水量，排水溝的設置有效的將渠床凍結層里的重力水和渠道旁滲水引出至渠處，大大降低了本罐區地下水位，有效避免了因地下水位過高造成的渠段凍脹損壞情況。

5、結論

總而言之，在選擇凍脹破壞處理方式時，要考慮工程經濟性以及凍脹的三大影響因素，結合工程的具體情況采取相應的處理措施，將多種凍脹方法綜合使用，主次分明，充分消除或減輕凍脹對混凝土渠道造成的破壞，延長渠道的使用年限。

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作者簡介：姓名：古麗巴哈·吾斯曼（1982年1月）性別：女，新疆省烏魯木齊市！職稱：工程師！本科學歷，研究方向：水利工程.