預(yù)制U型槽混凝土襯砌渠道防凍脹技術(shù)

汪 濤，張 有，王 穎

(1.尚志市水務(wù)局，黑龍江尚志150600;2.尚志市三股流水庫(kù)，黑龍江尚志150601;3.尚志市水資源辦公室，黑龍江尚志150600)

河?xùn)|灌區(qū)位于尚志市朝鮮族鄉(xiāng)境內(nèi)，是在螞蟻河中上游有壩引水的自流灌區(qū)，灌區(qū)地形是東南向西北傾斜，自然坡降1/500左右，屬山谷平原。土壤大部分為暗棕壤土，少部分為砂壤土，凍土深度約1.8 m，地下水埋深1～4 m。灌區(qū)有干渠一條，支渠16 條，斗渠89 條，2002 年對(duì)河?xùn)|灌區(qū) 2、3、4、5、7共5條支渠進(jìn)行預(yù)制U型槽混凝土襯砌，2008年對(duì)灌區(qū)8、9、10、11、12共5條支渠及部分斗渠進(jìn)行U型槽混凝土襯砌，2009年對(duì)1支渠及19條斗渠進(jìn)行U型槽混凝土襯砌。通過(guò)幾年運(yùn)行看，節(jié)水效果明顯，但也存在部分渠道凍脹破壞問(wèn)題。這些渠道在設(shè)計(jì)中雖然采取了一定的防凍脹措施，建成運(yùn)行后，有不同程度的凍脹破壞，輕者出現(xiàn)傾倒、鼓脹，重者出現(xiàn)斷裂，不僅影響渠道正常輸水和運(yùn)行安全，而且降低了應(yīng)有的防滲效果。因此，查找破壞的原因，加以防治，便成了運(yùn)行管理中亟待解決的問(wèn)題。

本文通過(guò)河?xùn)|灌區(qū)U型槽渠道襯砌實(shí)例，經(jīng)過(guò)調(diào)查，對(duì)U型槽襯砌渠道破壞的原因分析如下，以供探討。

1 U型槽襯砌渠道凍脹破壞的形式

1.1 斷裂破壞

支渠底板采用現(xiàn)澆混凝土底板，底板寬度為0.5～1.5 m，邊板為1/2UD80U型槽襯砌。通過(guò)一個(gè)夏秋季的運(yùn)行，春天開(kāi)化后，有的底板產(chǎn)生輕微裂縫，有的渠段U型槽產(chǎn)生斷裂，斷裂一般產(chǎn)生在拐點(diǎn)處。有的渠段由于襯砌U型槽外側(cè)切線與地面的夾角太小，產(chǎn)生的凍脹力較大，也容易使U型槽斷裂。

1.2 隆起破壞

有的渠段現(xiàn)澆混凝土底板自縱橫向分縫處產(chǎn)生隆起，隆高在1～4 cm，多發(fā)生在渠底，開(kāi)春化凍后有不同程度復(fù)位。

1.3 傾倒破壞

經(jīng)過(guò)一個(gè)冰凍后，春季化凍時(shí)，U型槽邊板或幾片、或連片出現(xiàn)傾倒現(xiàn)象。另外，在農(nóng)田路邊的渠道，由于車(chē)輪的壓力作用，易使部分U型槽傾倒。

2 凍脹破壞的原因分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，挖方較深或經(jīng)過(guò)泡澤的渠道，往往地下水位較高，凍脹破壞較嚴(yán)重。同一渠段以背坡U型槽斷裂嚴(yán)重，陽(yáng)坡較輕。產(chǎn)生凍脹的原因主要是土壤中水分凝結(jié)成冰，體積增大，使土壤顆粒發(fā)生側(cè)向位移。土體膨脹后受U型槽預(yù)制板約束，產(chǎn)生凍脹力，造成U型槽傾倒或斷裂。究其原因主要有:

1)設(shè)計(jì)渠底線高度不夠。由于受地形條件限制，往往渠底線不能處于地下水位線以上，渠道常年受地下水的浸泡，渠基土層水分補(bǔ)給充分，致使土壤含水量較高，這些渠段凍脹破壞較嚴(yán)重。

2)填方渠道碾壓密實(shí)度不夠。在渠道開(kāi)挖整形時(shí)，填方渠道未按設(shè)計(jì)要求施工，致使邊坡土體松散，使地下水受毛細(xì)管作用而大量上升，使渠堤含水量增大，產(chǎn)生較大的凍脹力，導(dǎo)致U型槽產(chǎn)生斷裂或傾斜。

3)回填土內(nèi)摩擦角較小。預(yù)制U型槽混凝土板回填砂土?xí)r，砂土凍脹力較小，而土的凍脹力較大，開(kāi)春后，土體復(fù)位后，出現(xiàn)了U型槽混凝土板與土體之間有縫隙，致使砂子下落，擠壓槽體，致使U型槽產(chǎn)生傾倒變形。

4)設(shè)計(jì)原因

現(xiàn)澆混凝土底板與U型槽混凝土邊坡的連接，設(shè)計(jì)采用U型槽邊板，頂擔(dān)在渠道底板上，由于渠底凍脹力比邊坡凍脹力大，致使底板上抬，邊坡向內(nèi)擠壓，在這兩個(gè)力的作用下，致使U型槽產(chǎn)生凍脹破壞。

5)施工原因

有的渠道某段底板坡降較小，甚至是平坡渠道，施工中易出現(xiàn)反坡現(xiàn)象。關(guān)閘閉水后渠道中存在有少量的水排不出去，易產(chǎn)生凍脹破壞。

3 凍害防治措施

1)嚴(yán)格控制混凝土配合比，增加抗凍強(qiáng)度。一般渠道設(shè)計(jì)抗凍標(biāo)號(hào)為F200，在施工過(guò)程中有的渠段可能未達(dá)到設(shè)計(jì)抗凍標(biāo)號(hào)，原因是配合比未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，要加強(qiáng)對(duì)混凝土攪拌人員的培訓(xùn)，把好質(zhì)量第一關(guān)。

2)加強(qiáng)工程管理，及時(shí)維修養(yǎng)護(hù)。每條支斗渠均有專(zhuān)人巡護(hù)，發(fā)現(xiàn)有斷裂、裂縫、隆起等現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)更換。對(duì)裂縫處理，用適應(yīng)變形能力較好的聚乙烯膠泥灌縫。對(duì)底板隆起的處理是，挖開(kāi)底板，去除淤泥，更換砂石填充，嚴(yán)重部位可填至最大凍深。

3)修建排水系統(tǒng)，降低地下水位。在地下水位較高的渠段，可采用在渠道一側(cè)建排水溝，切斷渠基外來(lái)水的補(bǔ)給，集中排除外來(lái)水。

4)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保U型槽安裝角度合適，U型槽襯砌時(shí)，對(duì)于D80槽上口凈寬應(yīng)控制在98～100 cm，與水平夾角85°～87°，此時(shí)凍脹力最小。

5)加強(qiáng)田間管理，改變渠道運(yùn)行方式。加強(qiáng)灌溉管理，入冬前盡可能提前關(guān)閘閉水，降低渠道含水率，防止超灌凍脹發(fā)生。

尚志市河?xùn)|灌區(qū)U型槽混凝土襯砌工程通過(guò)幾年運(yùn)行，防滲效果較好。有些渠段發(fā)生凍脹破壞，研究剛性渠道防凍害設(shè)計(jì)和施工工藝是水利工作者面臨的重要課題。

[1]陜西省水利科學(xué)研究所.渠道防滲[M].北京:水利電力出版社，1976.