浅论混凝土渠道防渗冻害产生的原因分析和防治维修

学术论文论文天下论文网刘卫东 2010-02-27 13:27:09

 

  摘要:新疆兵团农三师前进、小海子灌区几年以来,在新疆塔里木河流域综合治理和大型灌区续建配套与节水改造项目中实施的前进水库放水渠,小海子中干渠,英尔曼支干渠,48团、50团、53团干渠混凝土防渗工程设计施工中,普遍采用换填戈壁、风积砂垫层,增加苯板保温层等技术保证措施,混凝土防渗渠道运行情况基本良好,达到了防止混凝土防渗渠道因为冻胀而遭受破坏的目的。
  
  0 引言
  混凝土渠道防渗具有一次性投资比较大,防渗效果好,运行安全的特点。是目前新疆兵团农三师前进、小海子灌区普遍采用的一种渠道防渗技术措施,在塔里木河流域综合治理和大型灌区续建配套与节水改造项目的实施中起到了节约用水、提高水资源利用率、改善自然环境的作用。

  1 混凝土渠道防渗冻害的原因分析
  混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的,这些材料具有一定的吸水性,又长期处在水的环境中,这些水分在负温条件下,体积会发生膨胀,经过多个冻胀,融化循环和应力的反复作用,最终导致混凝土的冻融破坏。混凝土(预制混凝土板),属于刚性材料,具有较高的抗压强度,但抗拉强度较低,适应拉伸变形或不均匀变形的能力较差。在冻胀力或热应力的作用下,容易破坏,其破坏形式归纳如下。①鼓胀及裂缝。在冬季,混凝土板与渠床基土冻结成一个整体,承受着冻结力、冻胀力,以及混凝土板本身收缩产生的拉应力等,当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应力时,板体就发生破坏。②架空隆起。在地下水位较高的渠段,渠床基土距地下水近,冻胀量大,而渠顶冻胀小,造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。这种现象,一般出现在坡脚或水面以上0.5米坡长处和渠底中部。③滑塌。渠道衬砌的冻融滑塌有两种形式:其一由于冻胀引起混凝土板隆起架空,使得坡脚支承受到破坏,混凝土板垫层失去稳定平衡,因而基土融化时,上部混凝土板块顺坡向下滑移、错位、互相穿插、迭叠。其二渠坡基土融化期的大面积滑坡,使渠坡滑塌,导致坡脚混凝土板被推开,上部混凝土板塌落下滑。

  2 混凝土渠道防渗防治冻害的措施
  混凝土渠道防渗是否产生冻胀破坏,其破坏程度如何,取决于基土冻结时水分迁移和冻胀作用。而这些作用又和当时当地的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。若采取措施消除或改善其中一个因素,就有可能防止混凝土的冻胀破坏。但是,混凝土渠道防渗多处于粘质土壤上,渠水易于补给基土,混凝土板体重量轻,抗冻胀能力弱,某些渠段无法避免自然和人为的不利条件,易于遭受冻害。实际上,采取单一措施达到不冻胀的目的,是难以做到的。实践证明,防治混凝土渠道的冻害,要针对产生冻胀的因素,根据工程具体条件采取综合措施。从渠系规划布置、基土处理、排水、保温、衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手,全面考虑,采用适宜的防冻害措施。现将实践中一些较为有效的冻害防治方法介绍如下。
  2.1 避免冻胀 避免冻胀是在混凝土渠道防渗工程的规划设计中,注意避开出现较大冻胀量的自然条件,或者在冻胀性土区,注意避开冻胀对渠道混凝土的作用。①尽可能避开粘质土壤、松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段,选择透水性较强的不易产生冻胀的地段,或地下水位埋藏较深的地段。将混凝土渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。②尽可能采用填方渠道。③选择渠线在地形较高的脊梁地带。④有渗水和地面回归水入渠的渠段,尽量有排水设施。⑤规划布置林带,多种柳树,因柳树根须发达,可以改善渠床基土环境,有利于防冻害。
    2.2 削减冻胀 渠床基土在冻胀消融的反复作用下,产生冻胀累积或变形情况时,可采用适宜的削减冻胀的措施,将基土的最大冻胀量削减到混凝土结构允许变位范围内。①换填法。在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀性材料如戈壁石、风积砂的一种方法。戈壁石、风积砂垫层本身不会产生冻胀,而且能排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区迁移。所以换填垫层能有效地减少冻胀,防止冻害现象的发生。换填的戈壁石、风积砂垫层,粘土杂质含量一般不宜于大于5%,特别是换填层有饱水条件冻结时,必须保证冻结期换填层有排水出路。若混凝土板缝渗漏水或傍渗水的含泥量足以能污染换填层时,应在换填层外围设置一层土工薄保护。②隔热保温。将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后,减轻或消除寒冷,并可减少换填垫层深度,隔断下层土的水分补给,从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。随着化学工业的发展,苯板等新型保温材料的开发,目前在采用新疆兵团混凝土渠道防渗工程中普遍采用,对削减冻深和冻胀的效果良好。这种保温材料具有自重轻,强度高,吸水性低,隔热性好,运输和施工方便等优点。③压实法。可使基土的干密度增加,孔隙率降低,透水性减弱。密度较高的压实土冻结时,具有阻碍水分迁移、聚集,从而削减甚至消除冻胀的能力。

  3 混凝土防渗渠道的修理
  3.1 现浇混土防渗渠道的裂缝修补

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