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【摘 要】针对灌区混凝土防渗渠道的冻胀破坏现象,本文结合实际情况,从混凝土防渗渠道冻胀破坏的形式入手,着重分析了冻胀原因,并在其基础上探讨了几种实际、可行的防治方法,以供相关人士参考。
【关键词】灌区;混凝土防渗;防渗渠道;冻胀;防治措施
由于混凝土本身就具有一定的施工缺陷,所以混凝土工程在施工和使用中难免会因为出现质量病害。针对混凝土的施工缺陷,所以灌区渠道工程在修建时普遍采用混凝土渠道防渗技术,有效避免了渠道渗漏现象发生。但鉴于天时不利,灌区进入冬季以后,过低的温度会对混凝土防渗渠道造成影响,严重者还会导致渠道发生冻胀现象,给渠道工程的施工管理带来诸多麻烦,因此需要对其进行有效处理。下面就灌区混凝土防渗渠道的冻胀问题进行探讨。
1.混凝土防渗渠道的冻胀破坏形式
无可厚非,混凝土防渗渠道发生冻胀现象的时间大多处于冬季,因温度过低而导致。在以往的冻胀破坏案例中,混凝土防渗渠道发生冻胀现象的表现形式主要包括:
1.1现浇混凝土底板破裂
在冬季温度过于低下的情况下,一些未设置纵向分缝的渠道的混凝土底板容易发生裂缝破坏。通常情况下,裂缝的发生的位置大多处于渠道底部的中心或中心线,裂缝宽度多维持在0.1~1cm范围内,裂缝长度较长且存在不确定性,可能会在裂缝形成后期持续延长。有些裂缝甚至贯通了整条渠道。
1.2隆起
混凝土板发生隆起现象,其主要原因除了温度过低之后,还缘于地下水位偏高。在一些地下水位相对较高的渠段,由于渠道地基土的冻胀程度比较严重,而渠道顶部的冻胀程度又相对较小,这就容易造成混凝土衬砌板隆起。渠道隆起时,其隆起高度大多保持在1~4cm。尽管渠道隆起现象在来年开春化冻之后会有所复原,但这种复原是有一定限制的,并不能完全复原。并且由于隆起渠段地基土的含水量相对偏高,经冻结、融化之后,基土内的融水会因受到外界因素影响而从基土中溢出,从而导致渠道细砂垫层产生位移,移动下坠,给下部的混凝土面板施加压力,并挤拱面板。等到来年再次被冻胀时,混凝土防渗渠道面板的隆起程度将更加严重,甚至有可能发生滑坡现象。
1.3预制混凝土板出现鼓胀、滑塌现象
预制混凝土板鼓胀现象主要表现为:预制板几块或成片鼓起,鼓胀高度高达2~6厘米。鼓胀是发生滑塌的前提,由于预制混凝土鼓胀现象多发生于去渠道底部和边坡的下部,当鼓胀高度过高时,就有可能使预制混凝土板失去平衡,进而导致边坡滑塌。
2.防渗渠道冻胀原因分析
通过上述对混凝土防渗渠道冻胀破坏形式的分析,得出冻胀对混凝土渠道质量的影响很大。为了改善渠道冻胀破坏状况,提高混凝土防渗渠道质量,我们需要对渠道冻胀破坏的原因进行分析,并参照分析结果探求相应的解决对策。现对混凝土防渗渠道冻胀原因作详细分析。
产生冻胀的成因主要是土体中的水分凝结成冰,因体积扩张致使土壤颗粒发生位移,土体膨胀后受建筑物约束产生冻胀力,造成建筑物变形。负温条件下地下水受温差影响向地表冻结土层转移积聚,增加冻胀量。因此,地下水的存在特征、基本含水量和土壤特性成为决定冻胀程度的主要因素。本灌区土质在冻结过程中可产生较大的水分转移积聚。
2.1渠基上抬高度不足
老渠改建和老渠一侧新建的防渗渠道,受地形限制,往往不能上抬足够高度。渠道因处常年灌溉区内,沿线地下水位较高,渠基土层水分补给充分,致使基础含水量较高。冻结过程中,地下水受温差产生的渗透力作用,沿毛细管源源不断地上升积聚,不断加大基土冻胀量,对渠道防渗面板产生较大的冻胀作用。实际表明,这些渠段的冻胀破坏比较普遍,也较为严重。
2.2渠堤密实度不够
部分由民工填筑完成的渠道,渠堤密实度达不到设计要求,薄弱环节较多。因土体密实度较低,地下水易受毛细管作用而大量上升,使渠堤含水量迅速地大量增加,冻结过程中可产生较大的冻胀力。春季化冻时,这些渠堤易受外溢水渗透力作用而发生变形,严重者产生滑坡和流土破坏,危及渠道安全。
2.3防渗塑膜接缝不严或损坏
防渗塑膜的连结多采用搭接法和扣接法,少数采用了焊接法,但施工质量不同,施工中造成的部分破损也未能修补,存在集中渗漏通道。由于板间接缝不可靠,且易损坏,尤其是预制板衬砌渠道,板间分缝开裂、分离现象较普遍,渠水易浸入到达防渗塑膜层,再经塑膜连结处和破损处渗入渠堤,自内补给水分,增加基土含水量。因此,入冬前的冬灌对渠道的冻害防治是不利的。春季化冻时,基土水分經渗入通道反向外溢,引起垫层和边坡变形,影响渠道运行安全。
2.4细砂垫层含粉土量偏高
设垫层替换冻胀土是防止冻胀破坏的有效措施之一。风积砂具有导温系数高、透水性强的特点,属弱冻胀土。灌区内风积砂分布较多,故防渗渠道均采用风积砂做垫层,但部分风积砂源含粉土量偏高,有的高达17%,甚至更高,本身已属于冻胀土,用于渠道垫层,无法起到防冻涨作用。
2.5设计上的缺陷
渠底是最易受冻胀破坏的部位。有些小断面渠道,渠底现浇混凝土板未设计纵缝,因底板两侧受边坡挤压,中部受到拱力作用,无法释放,稍有冻胀或滑坡,底板中部就成为数力集中作用点,可轻易折断,在渠底形成一条长长的裂缝。渠底未设纵缝的混凝土现浇渠道普遍发生这种破坏,破坏情况往往较严重。
2.6入冬前渠道停水较晚
冬灌会自内补给增加基土含水量,对混凝土防渗渠道极为不利。入冬前渠道停水晚,基土含水量较高,尤其是渠道中下部,一旦冻结,冻胀量较大。
3.冻害防治措施
3.1及时维修
冻胀隆起的土体,体积较原先增大,且含冰夹层和冰晶体,冻胀现象往往一年比一年严重。不及时治理,将导致渠道更为严重的破坏。维修应遵循“重伤不拖延,轻伤不放过,合理安排,逐步解决”的原则,具体办法主要有:a.置换冻胀部位的不合格垫层,基土含水量较高、冻胀部位较为严重的部位,可加厚至冻层厚度;b.修补损坏的板间分缝和防渗塑膜;c.对变形严重的渠堤挖开重新填筑,提高土体密实度;d.凿开现浇混凝土底板中心裂缝,使缝宽达到2厘米,用适应变形较好的聚乙烯塑料胶泥灌缝。
3.2修建截、排水系统
在地下水位较高的地段,尤其是挖方渠段,可采取在渠旁修建截水、排水沟的办法切断基土水的外补给来源。截水、排水沟可做成明沟或暗沟,从地形和占地方面考虑,暗沟较为合适。
3.3改善渠道运行方式,加强田间灌溉管理
合理安排,适当提前冬灌时间,或利用原有土渠进行冬灌,尽量减少基土水分的内补给量。同时,应加强田间灌溉水的调度管理,勿使超灌,控制入冬前灌区地下水位的上升。
3.4渠旁植柳
柳树根系发达,呈根网状盘结,可使基土成为非冻胀纤维土,同时,根须还可以吸收土体中是水分和阻断土壤毛细管水上升通道,降低基土含水量。
4.结束语
综上所述,做好灌区混凝土防渗渠道的冻胀防治工作,是保证渠道工程施工质量,减少水资源浪费的一项重要措施。在灌区节水改造建设中,灌区混凝土防渗渠道的修筑是极其重要的,而在修筑完成,对其进行管理时,需要严格做好渠道工程的冻胀防治,以便进一步深化我国灌区续建配套和节水改造工程建设,提高灌区灌溉质量。
【参考文献】
[1]杨伟峰,党一兵,杨德良.东雷抽黄灌区渠道冻胀渗漏的原因及对策[J].现代农业科技,2012(06).
[2]王婧.汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究[J].山西水利,2010(01).
[3]芦琴,王正中,刘计良,刘旭东.弧脚梯形衬砌渠道抗冻胀及水力合理断面的分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2010(01).
【关键词】灌区;混凝土防渗;防渗渠道;冻胀;防治措施
由于混凝土本身就具有一定的施工缺陷,所以混凝土工程在施工和使用中难免会因为出现质量病害。针对混凝土的施工缺陷,所以灌区渠道工程在修建时普遍采用混凝土渠道防渗技术,有效避免了渠道渗漏现象发生。但鉴于天时不利,灌区进入冬季以后,过低的温度会对混凝土防渗渠道造成影响,严重者还会导致渠道发生冻胀现象,给渠道工程的施工管理带来诸多麻烦,因此需要对其进行有效处理。下面就灌区混凝土防渗渠道的冻胀问题进行探讨。
1.混凝土防渗渠道的冻胀破坏形式
无可厚非,混凝土防渗渠道发生冻胀现象的时间大多处于冬季,因温度过低而导致。在以往的冻胀破坏案例中,混凝土防渗渠道发生冻胀现象的表现形式主要包括:
1.1现浇混凝土底板破裂
在冬季温度过于低下的情况下,一些未设置纵向分缝的渠道的混凝土底板容易发生裂缝破坏。通常情况下,裂缝的发生的位置大多处于渠道底部的中心或中心线,裂缝宽度多维持在0.1~1cm范围内,裂缝长度较长且存在不确定性,可能会在裂缝形成后期持续延长。有些裂缝甚至贯通了整条渠道。
1.2隆起
混凝土板发生隆起现象,其主要原因除了温度过低之后,还缘于地下水位偏高。在一些地下水位相对较高的渠段,由于渠道地基土的冻胀程度比较严重,而渠道顶部的冻胀程度又相对较小,这就容易造成混凝土衬砌板隆起。渠道隆起时,其隆起高度大多保持在1~4cm。尽管渠道隆起现象在来年开春化冻之后会有所复原,但这种复原是有一定限制的,并不能完全复原。并且由于隆起渠段地基土的含水量相对偏高,经冻结、融化之后,基土内的融水会因受到外界因素影响而从基土中溢出,从而导致渠道细砂垫层产生位移,移动下坠,给下部的混凝土面板施加压力,并挤拱面板。等到来年再次被冻胀时,混凝土防渗渠道面板的隆起程度将更加严重,甚至有可能发生滑坡现象。
1.3预制混凝土板出现鼓胀、滑塌现象
预制混凝土板鼓胀现象主要表现为:预制板几块或成片鼓起,鼓胀高度高达2~6厘米。鼓胀是发生滑塌的前提,由于预制混凝土鼓胀现象多发生于去渠道底部和边坡的下部,当鼓胀高度过高时,就有可能使预制混凝土板失去平衡,进而导致边坡滑塌。
2.防渗渠道冻胀原因分析
通过上述对混凝土防渗渠道冻胀破坏形式的分析,得出冻胀对混凝土渠道质量的影响很大。为了改善渠道冻胀破坏状况,提高混凝土防渗渠道质量,我们需要对渠道冻胀破坏的原因进行分析,并参照分析结果探求相应的解决对策。现对混凝土防渗渠道冻胀原因作详细分析。
产生冻胀的成因主要是土体中的水分凝结成冰,因体积扩张致使土壤颗粒发生位移,土体膨胀后受建筑物约束产生冻胀力,造成建筑物变形。负温条件下地下水受温差影响向地表冻结土层转移积聚,增加冻胀量。因此,地下水的存在特征、基本含水量和土壤特性成为决定冻胀程度的主要因素。本灌区土质在冻结过程中可产生较大的水分转移积聚。
2.1渠基上抬高度不足
老渠改建和老渠一侧新建的防渗渠道,受地形限制,往往不能上抬足够高度。渠道因处常年灌溉区内,沿线地下水位较高,渠基土层水分补给充分,致使基础含水量较高。冻结过程中,地下水受温差产生的渗透力作用,沿毛细管源源不断地上升积聚,不断加大基土冻胀量,对渠道防渗面板产生较大的冻胀作用。实际表明,这些渠段的冻胀破坏比较普遍,也较为严重。
2.2渠堤密实度不够
部分由民工填筑完成的渠道,渠堤密实度达不到设计要求,薄弱环节较多。因土体密实度较低,地下水易受毛细管作用而大量上升,使渠堤含水量迅速地大量增加,冻结过程中可产生较大的冻胀力。春季化冻时,这些渠堤易受外溢水渗透力作用而发生变形,严重者产生滑坡和流土破坏,危及渠道安全。
2.3防渗塑膜接缝不严或损坏
防渗塑膜的连结多采用搭接法和扣接法,少数采用了焊接法,但施工质量不同,施工中造成的部分破损也未能修补,存在集中渗漏通道。由于板间接缝不可靠,且易损坏,尤其是预制板衬砌渠道,板间分缝开裂、分离现象较普遍,渠水易浸入到达防渗塑膜层,再经塑膜连结处和破损处渗入渠堤,自内补给水分,增加基土含水量。因此,入冬前的冬灌对渠道的冻害防治是不利的。春季化冻时,基土水分經渗入通道反向外溢,引起垫层和边坡变形,影响渠道运行安全。
2.4细砂垫层含粉土量偏高
设垫层替换冻胀土是防止冻胀破坏的有效措施之一。风积砂具有导温系数高、透水性强的特点,属弱冻胀土。灌区内风积砂分布较多,故防渗渠道均采用风积砂做垫层,但部分风积砂源含粉土量偏高,有的高达17%,甚至更高,本身已属于冻胀土,用于渠道垫层,无法起到防冻涨作用。
2.5设计上的缺陷
渠底是最易受冻胀破坏的部位。有些小断面渠道,渠底现浇混凝土板未设计纵缝,因底板两侧受边坡挤压,中部受到拱力作用,无法释放,稍有冻胀或滑坡,底板中部就成为数力集中作用点,可轻易折断,在渠底形成一条长长的裂缝。渠底未设纵缝的混凝土现浇渠道普遍发生这种破坏,破坏情况往往较严重。
2.6入冬前渠道停水较晚
冬灌会自内补给增加基土含水量,对混凝土防渗渠道极为不利。入冬前渠道停水晚,基土含水量较高,尤其是渠道中下部,一旦冻结,冻胀量较大。
3.冻害防治措施
3.1及时维修
冻胀隆起的土体,体积较原先增大,且含冰夹层和冰晶体,冻胀现象往往一年比一年严重。不及时治理,将导致渠道更为严重的破坏。维修应遵循“重伤不拖延,轻伤不放过,合理安排,逐步解决”的原则,具体办法主要有:a.置换冻胀部位的不合格垫层,基土含水量较高、冻胀部位较为严重的部位,可加厚至冻层厚度;b.修补损坏的板间分缝和防渗塑膜;c.对变形严重的渠堤挖开重新填筑,提高土体密实度;d.凿开现浇混凝土底板中心裂缝,使缝宽达到2厘米,用适应变形较好的聚乙烯塑料胶泥灌缝。
3.2修建截、排水系统
在地下水位较高的地段,尤其是挖方渠段,可采取在渠旁修建截水、排水沟的办法切断基土水的外补给来源。截水、排水沟可做成明沟或暗沟,从地形和占地方面考虑,暗沟较为合适。
3.3改善渠道运行方式,加强田间灌溉管理
合理安排,适当提前冬灌时间,或利用原有土渠进行冬灌,尽量减少基土水分的内补给量。同时,应加强田间灌溉水的调度管理,勿使超灌,控制入冬前灌区地下水位的上升。
3.4渠旁植柳
柳树根系发达,呈根网状盘结,可使基土成为非冻胀纤维土,同时,根须还可以吸收土体中是水分和阻断土壤毛细管水上升通道,降低基土含水量。
4.结束语
综上所述,做好灌区混凝土防渗渠道的冻胀防治工作,是保证渠道工程施工质量,减少水资源浪费的一项重要措施。在灌区节水改造建设中,灌区混凝土防渗渠道的修筑是极其重要的,而在修筑完成,对其进行管理时,需要严格做好渠道工程的冻胀防治,以便进一步深化我国灌区续建配套和节水改造工程建设,提高灌区灌溉质量。
【参考文献】
[1]杨伟峰,党一兵,杨德良.东雷抽黄灌区渠道冻胀渗漏的原因及对策[J].现代农业科技,2012(06).
[2]王婧.汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究[J].山西水利,2010(01).
[3]芦琴,王正中,刘计良,刘旭东.弧脚梯形衬砌渠道抗冻胀及水力合理断面的分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2010(01).