對混凝土渠道襯砌凍脹破壞防護展開綜述

【摘要】為研究渠道襯砌凍脹破壞的原因，進行2個方面分析，一是減弱或避免渠道襯砌凍脹的發生，二是增強渠道襯砌抗的凍脹能力。進而提出預防渠道襯砌凍脹破壞的工程措施。

【關鍵詞】水利；渠道；混凝土襯砌；凍脹；工程措施

前言

南水北調、引灤入津、引灤入唐、引黃濟青、引黃濟太、東深供水及引大入秦等大型引水調水工程，均以梯形明渠自流方式送水，這種送水方式能使水與大氣、陽光直接接觸，具有良好的自凈能力。上述渠道大部分采用混凝土襯砌方式，從避免或減弱渠道襯砌凍脹的發生，以及增強渠道襯砌抗凍脹能力展開混凝土渠道襯砌凍脹破壞防護的敘述。

1、工程背景

在引水調水工程管理過程中，解決渠道混凝土襯砌凍脹破壞問題是一項艱巨且繁重的任務。混凝土渠道襯砌的凍脹破壞的問題十分嚴重。混凝土渠道襯砌的凍脹破壞會縮短工程使用壽命、增加維修管理費用、制約工程效益發揮、影響渠道工程運行，并且降低灌區整體性調度效率。

提出預防渠道混凝土襯砌凍脹破壞的工程措施，不僅可以延長渠道工程使用周期，而且可以提高渠道工程的經濟效益。

2、分析與討論

2.1從減弱或避免凍脹發生的角度

2.1.1為改善渠基土水熱耦合作用，采取保溫隔熱措施

利用保溫隔熱材料導熱系數低的性能，將其布設在襯砌體背后，隔絕襯砌體與基床的物質能量交換。目前除爐渣、泡沫水泥、聚苯乙烯泡沫板等，針對聚苯乙烯泡沫板成本高的情況，新疆研制出一種塑膜軟包裝膨脹珍珠巖保溫層制品，這種保溫制品成本低、保溫效果好。遼寧省東港灌區渠道襯砌采用苯板保溫措施，研究表明苯板可以明顯地減少凍脹量，減少工程投資，值得在北方凍脹區推廣應用。

2.1.2 為減弱或避免渠基土的凍脹破壞力，采取渠基土的換填及加固處理措施

將風積砂、砂礫石等弱凍脹性土置換渠基土，防止渠道的凍脹變形，同時降低渠道凍脹量，其換填厚度根據土壤類別、地下水水位埋深等因素確定。

2.1.3 為從根本上防止渠道水入滲，采取防滲排水措施

為從根本上防止渠道水和渠堤山的地表水入滲、隔斷水分對凍結層的補給，并且保證有良好的排水通道，采取防滲排水措施。為防止渠水滲漏，關鍵采用性能好的填縫材料充填襯砌體的縫隙。防滲排水體系一般包括永久排水系統、砂礫石（或粗砂）墊層（反濾系統）、隔水層。

2.1.4 為改變渠基土的化學性能，采用化學加固處理措施

檢驗渠基土的化學成分，測得離子的含量，可以考慮采用化學加固處理的方法，將氯化鈉、氯化鈣、三磷酸鈉等化學材料注入或埋入渠基土中，使土中的冰點降低或增強土的憎水性，從而在凍結時很少或不會發生水分遷移現象，從而減弱或消除凍脹。這種方法需要考慮渠基土本身的化學性質，還要考慮加入化學試劑后產生的離子交換、對混凝土侵蝕性影響。

2.1.5 為增強渠道結構的耐久性，采用具有防滲防凍的新材料

采用具有防滲防凍的新材料，比如聚丙烯（PP）纖維混凝土、納米改性混凝土，以提高襯砌體的抗破壞性能。

2.1.6采用適應凍脹的柔性新材料—防滲毯

防滲毯不具備抵御凍脹的能力，但適應凍脹能力強。防滲毯具有不宜被損壞，自我修復能力強。

2.1.7 采用生物工程技術創造良好環境

傳統的渠道襯砌僅從施工角度考慮，隨著新學科的出現，工程本身也應注重生物技術在環境、氣候、溫度、水分等方發揮的作用。栽種柳樹等植物，可利用根須吸水蓄水，為渠道襯砌體提供較好的可調節氣候。

2.2 從增強渠道抗凍脹破壞力的角度

2.2.1 用鋼筋混凝土替代素混凝土

在渠道底部和岸坡1/3處彎矩較大而易發生凍脹破壞處，增設鋼筋以增強渠道剛性和整體性防止凍脹破壞。

2.2.2改變渠道斷面力學結構形式

根據凍土工程國家重點實驗室的研究結果，混凝土襯砌弧底梯形渠、弧形坡腳梯形渠、U形渠、復式斷面渠較梯形斷面具備良好受力特性，因而抗凍性能較好。

2.2.3 用新型高效耐久混凝土代替素混凝土

目前高性能和高強混凝土一般通過摻加各種摻合料以達到降低水膠比和滲透性的目的，這就造成混凝土的塑性收縮和干燥收縮現象加劇，彈性模量和強度增加的同時，但混凝土的塑性和延性降低使混凝土更易開裂而失去高抗滲性。

2.2.4 采用大塊澆筑，特別在一些特殊渠段，更應盡量大塊澆筑，增強整體性

需采用混凝土或鋼筋混凝土大型平板式進行施工，但工程造價高，一次投入過大。

襯砌板與塑膜間的2cm土墊層，使得襯砌板下的最大靜摩擦系數減小，對襯砌板的穩定不利。所以最好采用砂漿或其他能增加摩擦力的材料作為板的下墊層。

2.2.5坡基一定要夯實，特別對于填筑材料的新坡基

更應做的到垂直方向層層壓實后，再修坡夯實。勾縫前一定要將混凝土板沖洗干凈，然后填滿充填材料，減少勾縫脫落，增大勾縫材料的極限拉應變。

2.2.6分區研究， 分區選材，分區施工

以試驗、觀察、研究為基礎，建立不同的力學模型。對易產生凍脹破壞的地方可采取預應力、噴錨支護等工程措施。對凍脹破壞的薄弱區，選擇復合材料、高分子材料、納米材料、聚合材料等。

3、結語與展望

渠道襯砌凍脹破壞是渠道破壞最主要的形式，解決凍脹破壞問題，應采用多種方式相結合的工程措施，探索不同組合的最佳效應。渠道凍脹研究的發展是多元化、機理化、系統化研究。對機理問題的探索，需要展開多元化、系統化論證，建立起水分、土壤、氣溫、地形、坡向、位置等多因素綜合作用的模型，進行軟件模擬分析，現場試驗手段得出前瞻性研究結果，以更好地解決渠道凍脹破壞問題。

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第一作者簡介： 張海明，女，1997年02月15日生，山東省，本科， 山東農業大學，水利土木工程 ，主修水利水電工程方向的學習。