淺淡渠道防滲工程的凍害及防治措施

1、    淺淡渠道防滲工程的凍害及防治措施    謝凱摘 要 介紹了渠道防滲工程凍害主要類型及破壞形式，分析了渠道防滲工程凍害的原因，提出了防治凍害的措施。關(guān)鍵詞 渠道；防滲工程；凍害；防治措施1 渠道防滲工程凍害主要類型及破壞形式1.1 凍害的主要類型1.1.1 渠道凍融襯砌材料的破壞渠道襯砌材料具有一定的吸水性，又經(jīng)常處在有水的環(huán)境中，因此材料內(nèi)總是含有一定的水分，這些水分在冬季負(fù)溫下凍結(jié)成冰，體積膨脹，春季正溫下融化，經(jīng)過多個凍融循環(huán)和應(yīng)力的反復(fù)作用，最終導(dǎo)致襯砌材料的凍融破壞。1.1.2 渠道基土凍融對防滲體結(jié)構(gòu)的破壞由于渠道內(nèi)滲漏水、地下水和其他

2、水源補給，渠道基土中含水量比較高，在冬季零下溫度下，基土中的水分發(fā)生凍結(jié)而造成土體膨脹，使渠道襯砌體開裂、隆起而折斷；在春季消融時又造成渠床表土層過濕，使土體支撐強度和穩(wěn)定性大大降低，導(dǎo)致襯砌體滑塌，這種凍害是渠道防滲工程的主要凍害。1.2 凍害破壞形式1.2.1 鼓脹及裂縫在冬季，渠道防滲襯砌體與渠床基土凍結(jié)成一個整體，承受著凍結(jié)力、凍脹力以及砌體本身收縮的拉應(yīng)力等，當(dāng)這些應(yīng)力值大于砌體在低溫下的極限應(yīng)力時，砌體就會發(fā)生鼓脹裂縫。多出現(xiàn)在渠坡坡腳以上1/43/4坡長范圍內(nèi)和渠底中部。1.2.2 隆起架空在地下水位較高的渠段、渠床基土距地下水近，凍脹量較大，而渠頂凍脹較小，造成防滲砌體大面積隆

3、起、架空。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在坡腳或水面以上0.5m1.5m坡長處和渠底中部，有時還順坡向上形成數(shù)個臺階狀。1.2.3 削落滑塌一是由于凍脹隆起、架空，使得防滲砌體坡腳穩(wěn)定受到破壞，砌體墊層失去平衡，隨基土凍融時，砌體上部板塊順坡向下滑移、削落；二是渠坡基土融凍期的大面積滑坡、滑塌，使渠道防滲體失去依托和支撐，大面積塌滑下滑。1.3 膜料防滲凍脹破壞形式埋埔式膜料防滲結(jié)構(gòu)的凍害主要表現(xiàn)在膜料的保護層上，土料保護層因逐年凍融削蝕薄，渠道由規(guī)則的梯形變成u型，甚至膜料外露而導(dǎo)致破壞。2 渠道防滲工程凍害的原因2.1 渠床的凍結(jié)特征渠道斷面形式、尺寸和坡面朝向的不同，造成斷面上各部位溫度狀況有很大差別

4、，從而決定了斷面上各點的凍結(jié)深度和過程很不均勻。南北走向的渠道總體來說，陽、陰兩坡受日照和風(fēng)的作用差別不大，兩坡的凍結(jié)規(guī)律大致相同。但由于坡頂為二向凍結(jié)，受風(fēng)的作用較大，含水量較小，故表現(xiàn)為渠坡上部凍深最大，渠底凍深最小，陰坡凍深略大于陽坡。東西走向的渠道，陰、陽兩坡的凍深和凍結(jié)情況則差別較大，陰坡開始凍結(jié)日期比陽坡早，凍結(jié)深度亦較大。2.2 渠床的水分特征渠床水分的高低主要取決于渠床所處位置的水文地質(zhì)狀況和地下水的高低，也與渠道防滲好壞、渠道停水時間和有無冬灌等直接相關(guān)，一般而言，在冬季當(dāng)?shù)叵滤辉谇滓韵?，但小于臨界距離渠底將發(fā)生較大凍脹，且沿渠坡自下而上，凍脹量從大到?。划?dāng)?shù)叵滤桓哂谇?/p>

5、底，渠內(nèi)冬季積水或行水，渠內(nèi)水有一定的水深時，由于水體或結(jié)冰的保溫作用，渠底凍脹量較小，甚至無凍脹現(xiàn)象，但由于土樣含水量較高和水分遷移的補給量充足，在水面以上的一定范圍內(nèi)凍脹量最大；當(dāng)渠頂有大量外來水補給，特別是穿山渠道，在地下水接近坡頂情況下，渠坡上部凍脹量將大于下部。2.3 渠道的變形特征渠道斷面上各點的不均勻凍脹是渠道凍融期變形破壞的基本特征，渠道變形破壞一般為中部大于兩端，由此造成沿渠底中心線脹裂、隆起破壞。2.4 渠床的土質(zhì)條件當(dāng)渠床為粗砂、礫石等粗相顆粒土，且地下水較低時，凍脹量一般很?。蝗绻r砌結(jié)構(gòu)適應(yīng)不均勻凍脹變形能力較強，則不會出現(xiàn)凍害。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，砂質(zhì)渠床的襯砌仍會出

6、現(xiàn)凍脹破壞。2.5 人為因素渠道防滲襯砌工程會由于施工和管理不善而加重凍害破壞，如抗凍脹換基材料不符合質(zhì)量要求或在鋪設(shè)過程中摻混了凍脹性土料；填方質(zhì)量不善引起沉陷裂縫或施工不當(dāng)引起收縮裂縫，加大了滲漏，從而加重了凍脹破壞；防滲層施工未嚴(yán)格按施工工藝要求防滲效果不好，使凍脹加劇；排水設(shè)施堵塞失效，造成土層中雍水或長期滯水等。3襯砌渠道防治凍害的措施根據(jù)凍害成因分析，防滲工程是否產(chǎn)生凍脹破壞，其破壞程度如何，取決于土凍結(jié)時水分遷移和凍脹作用，而這些作用又和當(dāng)時當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、土的含水量、負(fù)溫度及工程結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。防治襯砌工程凍害，要針對產(chǎn)生凍脹的因素，根據(jù)工程具體條件從渠系規(guī)劃布置、渠床處理、排水、

7、保溫、襯砌的結(jié)構(gòu)形式、材料、施工質(zhì)量、管理維修等方面著手，全面考慮。3.1 回避凍脹法回避凍脹是在渠道襯砌工程的規(guī)劃設(shè)計中，注意避開出現(xiàn)較大凍脹量的自然條件，或者在凍脹性土地區(qū)，注意避開凍脹對渠道襯砌工程作用。3.1.1 避開較大凍脹的自然條件規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)盡可能避開黏土、粉質(zhì)土壤、松軟土層、泥土地帶和高地下水位的地方段，選擇透水性較強不易產(chǎn)生凍脹的地段或地下水位埋藏較深的地方。3.1.2 埋入措施將渠道做成管或涵埋設(shè)在凍結(jié)深度以下，可以避免受凍脹力、熱作用力等的作用。是一種可靠的防凍脹措施，它基本上不占地，易于適應(yīng)地形條件。3.2 消減凍脹法3.2.1 置換法是在凍結(jié)深度內(nèi)將襯砌板下的凍脹性

8、土換成非凍脹性材料（純凈的砂礫、砂卵石及中、粗砂）的一種方法，通常又稱鋪設(shè)砂礫石墊層。砂礫石墊層不僅本身無凍脹，而且能排除滲水和阻止下臥層水分向表層凍結(jié)區(qū)遷移，所以砂礫石墊層能有效減少凍脹，防止凍害現(xiàn)象的發(fā)生。3.2.2 隔熱保溫將隔熱保溫材料（如爐渣、石蠟渣等）布設(shè)在襯砌體背后及地表面，以減輕或消除寒冷因素，并可減少置換深度，隔斷下層土的水分補給，從而減輕或消除渠床的凍深和凍脹。3.2.3 壓實壓實法可使土干密度增加，孔隙率降低，透水性減弱，密度較高的壓實土凍結(jié)時，具有阻礙水分遷移、聚集，從而消減甚至消除凍脹的能力。3.2.4 防滲、排水防止渠水和渠堤上的地表水入滲、隔斷水分對凍層的補給，以及排除地下水，是防止地基土凍脹的根本措施。3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)法在設(shè)計渠道斷面和襯砌結(jié)構(gòu)時采用合理的形式和尺寸，使其具有消減、適應(yīng)或回避凍脹能力。圓弧形底梯形斷面和u型渠道對防止凍脹有效。預(yù)制混凝土板襯砌采用寬縫結(jié)構(gòu)，填縫容易，質(zhì)量保證；錯縫安裝，有利于提高板間結(jié)合力、分散凍脹力，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗凍脹能力。3.4 加強運行管理冬季不行水渠道，應(yīng)在基土凍結(jié)前停水；冬季行水渠道，在負(fù)溫期