混凝土襯砌渠道凍脹破壞原因分析及防治

□萬里陽（河南省水利第一工程局）

一、前言

河南省屬亞熱帶與暖溫帶的過渡氣候，四季分明，雨量充沛。省內(nèi)無論是大型渠道還是中、小型渠道，都會不同程度地受到凍脹的危害，這也是寒冷季節(jié)渠道建設(shè)中普遍存在的問題。凍脹破壞對渠道的危害極大，防凍脹處理方法的選擇也非常重要，它關(guān)系到渠道的造價、施工的難易程度、工程的安全運行以及工程使用壽命等各個方面，因此，進一步研究渠道凍脹破壞的機理，采取有效的材料和施工技術(shù)措施預(yù)防凍脹破壞，對于保證防滲渠道的正常運行及減少維修養(yǎng)護費用等意義重大。

二、凍脹破壞原因分析

在渠道基土中含有大量的土壤水，這些土壤水主要為土粒子間填充的自由水和吸附在粒子周圍的結(jié)合水，自由水的多少與粒子間空隙的大小有關(guān)，結(jié)合水的多少與土粒子總的表面積有關(guān)。對于襯砌混凝土板基土來說，多為夯實土，粒子間隙小，故基土中所含水量主要為結(jié)合水。而結(jié)合水的多少又與基土的性質(zhì)有關(guān)，即顆粒的比表面積越大，粒子所吸附的水分也越多，即基土的含水量就越大。這樣，當(dāng)長時間為負(fù)溫時，基土中水分就會結(jié)冰，根據(jù)水在結(jié)冰時體積增大的性質(zhì)，基土的體積也將增大，這將對其上的混凝土面板產(chǎn)生向上的推力，即為凍脹力。如果該力大于混凝土板本身的重力，就將引起混凝土面板在該力方向上的位移，即發(fā)生凍脹破壞。

襯砌渠道凍脹破壞的根本原因是渠床基土的凍脹變形。造成渠床基土凍脹變形的主要原因有3個：持續(xù)負(fù)溫、凍脹性土壤及埋深較淺的地下水。產(chǎn)生基土凍脹變形的3個因素相互聯(lián)系，缺一不可。在以上的3個條件中，土壤中自由水和毛細(xì)水的存在是凍脹發(fā)生的先決條件，也是必備條件。在整個凍脹破壞過程中，水是最活躍的因素。

三、凍脹破壞防治措施

從上述分析可知，只有導(dǎo)致土體凍脹的3個基本因素同時具備，才可能發(fā)生凍脹破壞，只要消除其中的一個因素，就可能防止和減輕凍脹危害。在這里只簡單介紹基土換填法、增設(shè)保溫隔熱層法和置換砂礫墊層法3種削減凍脹的方法。

（一）基土換填法

對渠基土進行換填是一種防凍脹的處理形式，它既改變了渠基土的結(jié)構(gòu)，又具有一定的保溫作用。其優(yōu)點是：當(dāng)渠道附近有大量換填材料時，造價可能便宜；由于對渠基進行了徹底換填，當(dāng)質(zhì)量達到要求時，可保證渠道永久不受凍脹危害。其缺點是：由于換填厚度大，土方工程量較大，當(dāng)換填材料運距較遠時，造價較高；施工難度大，要求回填土含水量＜5%的料，若不能嚴(yán)格把關(guān)，還會含有凍脹土；若采用人工加工料，則不經(jīng)濟。

（二）增設(shè)保溫隔熱層法

保溫材料選用聚苯乙烯泡沫板，這是一種優(yōu)良的隔熱保溫材料，具有吸水性小、不透水、耐腐蝕和抗老化等優(yōu)點，同時它還具有一定的可壓縮性，可以消減對混凝土砌體的凍脹力，而且采用保溫板保溫，具有造價低、施工簡單、施工質(zhì)量易保證等特點。聚苯板的厚度根據(jù)實際凍土深度選定，一般為10：1，即凍土深度10cm選1cm厚度板。工程中渠道為東西走向的，選定陽坡保溫板厚度為2cm，陰坡保溫板厚度為4cm；渠道為南北走向的，選定渠坡保溫板厚度為3cm；渠床為西南東北走向的，選定陽坡保溫板厚度為2cm，陰坡保溫板厚度為3cm。采用保溫板保溫，不僅省去了對基土的擾動，方便了施工，在一定條件下降低了造價，減少了使用的施工機械，通過保溫，在很大程度上控制了基土的凍脹問題。

（三）置換砂礫墊層法

對于小凍脹渠段，由于采用了降排水措施，渠道陽坡、陰坡凍脹量均已小于允許法向位移值，排水措施已能防止凍脹破壞。而對于渠底部的凍脹問題，結(jié)合襯砌面板墊層的需要，采用換砂法，換填15～25cm的礫石墊層。不但防止了下層水分向表層凍結(jié)區(qū)遷移，而且增強了渠基的排水性能，更有利于排出凍融層的重力水和側(cè)滲水，因此對基土的凍脹起到了關(guān)鍵的作用。

四、施工中總結(jié)的防凍脹經(jīng)驗

在工程施工過程中，為減輕渠道襯砌混凝土板的凍脹破壞，在施工中要求做到以下幾點：

第一，襯砌工程中混凝土必須嚴(yán)格按照配合比拌和，保證混凝土強度，增強混凝土板對凍脹變形的抵抗性。

第二，降排水工程施工中反濾層要特別注意，防止淤塞。

第三，保證防滲工程質(zhì)量，防止?jié)B水抬高地下水位。嚴(yán)格控制復(fù)合土工膜的焊接質(zhì)量，不得有脫焊、漏焊現(xiàn)象，施工中不能刺破防滲層，刺破后必須粘補密封。

第四，保溫材料鋪設(shè)，嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求施工，施工過程中嚴(yán)禁上人踩踏。

第五，置換砂礫墊層法砂石料必須遵循設(shè)計，嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，特別是嚴(yán)格控制材料中土及泥塊的含量。

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