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    凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹的防治措施

    2014-03-05 03:10:10塔里木河流域巴音郭楞管理局
    河南水利與南水北調(diào) 2014年6期
    關(guān)鍵詞:基土凍土渠道

    □任 浩(塔里木河流域巴音郭楞管理局)

    凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹的防治措施

    □任 浩(塔里木河流域巴音郭楞管理局)

    在工程建設(shè)中,就凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹防治舉措而言,工程人員可以依據(jù)不同的地理水文特征,通過對不同氣溫環(huán)境下凍脹程度進(jìn)行合理分析,系統(tǒng)地采取回避凍脹、消減凍脹兩大體系處理防滲工程中的凍脹問題,運(yùn)用切合實(shí)際的凍脹防治方案,在一定程度上增進(jìn)我國渠道工程進(jìn)度。

    凍土區(qū);防滲工程;工程凍瘡;防治措施

    0 前言

    就我國部分地理區(qū)域而言,每年冬季的平均氣溫都會達(dá)到0℃以下,造成渠道防滲工程出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象,從而在一定程度上延緩了工程進(jìn)度。最近幾年,渠道防滲工程的凍脹事故逐漸得到了各地工程人員的重視,文章將就渠道中的凍脹防治進(jìn)行系統(tǒng)論述,有針對性地采用有效應(yīng)對機(jī)制,在維系工程發(fā)展的同時,延續(xù)渠道工程的使用壽命。

    1 渠道襯砌體的凍脹破壞分析

    因為土質(zhì)在低氣溫的影響下,常常會發(fā)生凍結(jié)或者是凍脹事故,而渠道襯砌體的原有質(zhì)量相對較輕,難以抵御冷空氣的凍脹破壞,因此工程人員經(jīng)常會遇到渠道襯砌體發(fā)生的凍脹事故。尤其是在具有季節(jié)性凍脹周期的地方,因會出現(xiàn)循環(huán)往復(fù)的凍脹情況,使渠道襯砌體凍脹情況得到了進(jìn)一步加深。

    1.1 混凝土的澆筑或者預(yù)制混凝土襯砌

    預(yù)制混凝土襯砌是以一種具有剛性的襯器材質(zhì)制作的,通常是6~7m的厚薄板塊,具有極強(qiáng)的抗壓能力。然而由于它面對凍脹破壞時,抗拉強(qiáng)度相對較低,因此很容易遭受破壞。

    1.2 渠道截面襯砌的上揚(yáng)

    渠道襯砌體中,當(dāng)渠道橫截面較為窄小的時候,其基土的凍脹情況基本是均勻分布,當(dāng)整體的襯砌有較大的剛硬度時,在側(cè)面凍脹力以及基地凍脹力的共同作用,其整體的襯砌會向上揚(yáng)起。例如:對于橫截面較為狹窄的U型混凝土渠道或者是渠道坡度較為短小的坡型渠道來說,在冷空氣的破壞下,會造成襯砌的上揚(yáng),當(dāng)渠道襯砌向上抬起以后,在渠道內(nèi)部水流的影響下,經(jīng)常會發(fā)生坍塌、錯位的情況。

    1.3 鼓脹和裂縫

    在凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹破壞中,凍脹出現(xiàn)裂縫的具體原因是渠道中存在不均勻的水溫分布,在襯砌體間所產(chǎn)生的凍結(jié)力的共同作用下產(chǎn)生了凍脹。通常情況下,凍脹裂縫一般會沿著渠道水流方向大范圍地呈現(xiàn)在混凝土現(xiàn)澆板塊上,裂縫的位置具體是在渠道底部以及板塊角落中1/3處的地方。當(dāng)冬季渠道水流流動或者出現(xiàn)積水情況時,裂縫即會出現(xiàn)在流水周圍的渠坡表面。當(dāng)混凝土砌塊長期處于低溫狀態(tài)的時候,它會因為無法適應(yīng)溫度變化而產(chǎn)生形變,在板塊間產(chǎn)生橫向或者是縱向的開裂情況。時間久了,其板塊的腫脹會逐漸成為砌塊的腫脹。使渠道出現(xiàn)滲水、漏水問題,增加基土的含水容量,加大了基土的凍脹,使得渠道中的裂縫日漸擴(kuò)張,破壞面積越來越大。

    1.4 渠道混凝土襯砌體的架空

    在寒冷的冬天,渠道在進(jìn)行水流運(yùn)行時,在水面上方1m左右的渠道坡口處,通常會出現(xiàn)混凝土襯砌突起架空的情況。就某市調(diào)查顯示,依據(jù)實(shí)際情況對渠道襯砌破壞原因進(jìn)行核查,砌體的架空大體上是因為地基板面的凍脹引發(fā),而冰蓋的壓力則是次要原因,它只能說是在原有凍脹破壞下加重了對管道的損壞。針對于地下水處于較高位置的渠道端口而言,它的渠道坡腳通常處于渠道底部,造成渠道管道拱起。

    1.5 坍塌移位

    在渠道混凝土襯砌體遭遇凍脹破壞時,渠道底部的基土也會出現(xiàn)嚴(yán)重的凍脹情況。具體而言,即渠道內(nèi)部坡腳地方的混凝土板塊會立即隆起,逐步向頂部拱起,造成不同板塊間的搭架、錯位移動的現(xiàn)象。在渠道內(nèi)部水流不斷沖洗的過程中,將混凝土板塊腐蝕、融解,使其向下凹陷。同時,由于渠道空間的上層部分遭遇伏凍土的阻止與隔絕,從而在一定程度上降低了混凝土板塊與基土間的摩擦力,使混凝土板塊不斷向下滑動,在渠道底部的堆積,使得襯砌整體遭遇損害。

    2 防滲工程凍脹破壞的有效防治措施

    就如何防治防滲工程中的襯砌腫脹凍害而言,系統(tǒng)地說,就是參與渠道整體規(guī)劃,在完善渠床運(yùn)作時,優(yōu)化渠道的排水機(jī)制,整合砌墻模式,運(yùn)用高質(zhì)量的工程材料,加強(qiáng)渠道的凍脹管理??偟膩碚f即詳細(xì)考察防滲工程中的凍脹破壞,采取最具操作性的凍害處理模式。

    2.1 規(guī)避造成渠道凍脹的影響因素

    在渠道防滲工程規(guī)劃設(shè)計中,工程人員應(yīng)盡量避免會造成渠道凍脹的影響。例如,應(yīng)切實(shí)規(guī)避容易出現(xiàn)較大范圍渠道凍脹情況的自然環(huán)境,針對渠道凍脹常發(fā)區(qū)域,有效規(guī)避渠道凍脹中有可能出現(xiàn)對于襯砌工程造成影響的因素。對此,工程人員可以將渠道埋入地下通道、在地底自制渠槽或者是將渠道架空等手段進(jìn)行防滲工程的凍脹破壞處理。

    2.2 緩解防滲工程中的凍脹情況

    就防滲渠道的建設(shè)而言,通常是采用弧形底梯形斷面以及U型斷面的模式,運(yùn)作這種截面方式,更加有利于管道靠近渠道水源,有效地防止渠道凍脹情況的發(fā)生。就其建造理論分析得出,渠道底部具有相對較好的反拱能力,可以均勻受力,對于低溫天氣有較好的抵抗力,同時具有較強(qiáng)的應(yīng)對外界凍脹破壞的機(jī)能。比如:在防滲工程中,U型渠道的應(yīng)用是較為普遍的,有很強(qiáng)的防凍脹能力,在遭遇冷空氣襲擊的時候,渠道整體都會向上揚(yáng)起,在天氣轉(zhuǎn)暖之后,凍脹部位即可恢復(fù)原形,相較于梯形渠道來說,它就不那么容易遭遇凍脹破壞了。

    2.3 選用科學(xué)的襯砌機(jī)構(gòu)模式

    在防滲渠道建設(shè)中,對于冬天渠道內(nèi)部的防凍害處理,其工程人員應(yīng)具體做到在處理渠道內(nèi)部防滲排水難題的同時,盡量降低渠道流水水位,從而進(jìn)一步降低基土含水容量。對此,工程人員應(yīng)做到:第一,在防滲工程施工中,施工人員應(yīng)在襯砌底部鋪滿土工膜材料,阻隔由于管道滲水或者是降雨給渠道帶來的水源供給,從而降低渠道水位,緩解渠道腫脹情況的破壞力。與此同時,土工膜材料的采用能較好地阻隔較低氣溫,防范地下水的遷移活動,降低渠道腫脹程度。第二,在渠道襯砌底部鋪上一系列保溫材料,例如:爐渣、玻璃纖維以及聚苯乙烯泡沫板等,從而為渠道中渠床進(jìn)行保溫,幫助它更好地抵制冷空氣的影響,使其有效緩解渠道腫脹。比如聚苯乙烯泡沫板的渠道防凍害處理已被廣泛運(yùn)用于渠道防滲建設(shè)中,它能緩解冷空氣對渠道的凍害,對處理凍脹具有非常好的效果。為此,有關(guān)專家依據(jù)聚苯乙烯泡沫板的實(shí)用情況做出實(shí)驗對比,結(jié)果表明聚苯乙烯泡沫板厚度每增加1cm,可減少1/10左右的凍脹深度。第三,采用化學(xué)材料治理防滲工程的凍脹危害,具體而言就是將氯化鈣、氯化鎂等融入渠道基底建設(shè)中,從而降低渠道水的凝聚點(diǎn),增加基土的含水量,使得渠道在發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象的時候,不會過多地造成水分轉(zhuǎn)移,能更好地幫助防滲工程建設(shè)緩解凍脹狀況。第四,更換材料,將渠道襯砌板底部的凍脹性土替換成為能有效防止凍脹事故發(fā)生的非凍脹性材質(zhì),在出現(xiàn)凍脹情況較為嚴(yán)重的地方,一般可以在渠道底部鋪設(shè)砂礫石墊層。第五,在凍土區(qū)渠道防滲工程建設(shè)中,工程人員應(yīng)做到運(yùn)用碾壓機(jī)械壓制的土質(zhì)材料,增進(jìn)渠床材質(zhì)密度,在縮減土質(zhì)間隙的基礎(chǔ)上,抵制水體進(jìn)入土質(zhì)層。事實(shí)上,土質(zhì)很難產(chǎn)生凍脹破壞,由于襯砌板自身質(zhì)量相對較輕,因此在實(shí)施防凍害措施的時候,其壓制最好能夠達(dá)到99%,使干密度高于1.60。第六,增進(jìn)防凍脹管理舉措。在防凍脹施工中,除了工程設(shè)計以及工程施工以外,加強(qiáng)工程管理機(jī)制也是極其關(guān)鍵的,尤其是渠道的運(yùn)作管理。就寒冷氣候下進(jìn)行水循環(huán)的渠道而言,工程人員應(yīng)切掉水源流動,盡可能降低土質(zhì)中的含水容量。簡而言之,應(yīng)積極關(guān)注水體中存在的結(jié)冰或者是排冰的情況,及時規(guī)避凍脹對于渠道的損害。同時不定時地改變渠道水流運(yùn)作方向,造就新的渠道流動模式,從而更好地處理防滲工程中的凍脹危害。

    3 結(jié)語

    在我國,凍土地區(qū)和季節(jié)性凍土地區(qū)占國土總面積的3/5,渠道混凝土襯砌工程普遍存在著嚴(yán)重的凍害問題。而導(dǎo)致渠道凍脹破壞的原因有很多,所以必須在設(shè)計、施工、管理各方面下功夫。在實(shí)際選擇防凍措施的時候,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁?、地下水位、土質(zhì)、多年平均凍深等情況,合理地選擇防凍脹措施,這樣不但可以增加它的可行性,同時也可以減少投資,達(dá)到最佳的效果。具體而言工程人員應(yīng)不斷創(chuàng)新,從新方法、新工藝、新材料上做出突破,創(chuàng)造出更具操作性,更加實(shí)用的防凍脹措施,真正地從根本上解決渠道襯砌工程的凍害防治問題。

    [1]高英利.寒冷地區(qū)渠道防滲工程凍脹破壞及其防治措施[J].水利建設(shè)與管理,2013(3).

    [2]張鵬.巴州地區(qū)渠道防滲工程凍脹的防治措施[J].中國水運(yùn),2013(4).

    [3]沙塔爾阿不來克熱木.渠道防滲工程中出現(xiàn)的技術(shù)問題及措施[J].中國科技博覽,2011(35).

    [4]張艷.混凝土防滲工程中出現(xiàn)的技術(shù)問題及處理辦法[J].中國科技博覽,2010(12).

    TV698.26

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    1673-8853(2014)06-0005-02

    2014-02-20

    趙 鑫)

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