渠道衬砌冻胀损坏原因及处理措施分析

渠道衬砌冻胀损坏原因及处理措施分析

王永杰 姜震

南水北调工程干线工程建设管理局河南分局 450000 河南水投建设集团有限公司 450000

摘要：现如今，我国是社会经济快速发展的新时期，水利工程基础设施建设一直是国家基础设施建设的重要组成部分，对于社会的发展有很大的促进作用，尤其是对于农业的发展作用非常大。但是在实际建设过程中有很多问题需要注意，特别是在北方的水利工程建设中，由于气候的原因，渠道工程的建设极其容易受寒冷的天气限制，在冬季很容易发生渠道衬砌的冻胀损坏问题，其主要现象是混凝土剥蚀、错台、裂缝等。对于渠道衬砌冻胀损坏原因分析及处理措施分析，具有非常重要的意义。

关键词：渠道衬砌；冻胀损坏；原因；处理措施；分析

引言

我国西北地区干旱而少雨，引水灌溉渠道往往被视作极为重要的基础民生工程。渠道运行质量对于当地经济发展、民生及社会安定有着举足轻重的作用。但受限于工程投资、工程地质水文及现场条件，基础渠道工程往往低于设计标准，加之我国西北地区属季节性冻土区，灌区渠道基土受冻胀影响非常明显，渠道衬砌往往出现不同程度的冻涨破坏，轻者出现裂缝、鼓胀，重者坍塌滑坡，引水灌渠带病运行，渠道的水利用效率低下，无法充分的发挥出渠道实际效能，甚至会产生严重的安全隐患，严重影响并制约着严寒地区的农牧业发展。如何一劳永逸的做好严寒地区渠道冻胀防治设计及维修养护工作，保证渠道运行的可靠性和经济性，已是我国北方严寒地区渠道运行管理所面临的一个重要课题。

1混凝土渠道衬砌结构发生冻胀破坏的判断准则

判断混凝土渠道衬砌结构发生冻胀破坏的准则依据几点：第一，判断在混凝土衬砌的填缝处所承受的各方向的剪力作用是否超过所混凝土填充材料的剪力标准值范围；第二，是否产生一些过大且不可恢复的变形受力而致使渠道混凝土结构的冻胀破坏；第三，混凝土渠道衬砌板所受到的最大弯矩位置的拉应力是否超过所混凝土的拉应力标准值范围。以上几点主要取决于基土冻胀量h的大小。

2对于渠道衬砌冻胀损坏原因的分析

2.1衬砌板出现冻融剥蚀情况的原因

对于渠道的混凝土衬砌板来说，冻融剥蚀的现象大部分都发生在0.8~1.0m水位变化区，而且渠道的南段相较于北段剥蚀更加严重。主要的原因其实有两个方面：一方面，进行总干渠衬砌板的施工时，有一些渠道部分位置的振捣不合格，没有足够的提浆，渠道表面的含水量太大，这样就会导致渠道表层的抗冻强度下降，那么在冬季的寒冷气候中，经过冻融循环后，就会致使表层的浆皮剥落，骨料裸露；另一方面，渠道的南段相较于北段气温较高，冻融相对频繁，也就使得渠道南段冻融剥蚀的现象更为严重。

2.2衬砌板冻融剥蚀原因

渠道混凝土衬砌板冻融剥蚀现象均发生在水位变化区0.8~1.0m宽范围内，而且唐河以南渠段剥蚀比其以北段严重。分析其主要原因如下。（1）总干渠衬砌板施工过程中，部分位置振捣欠佳，提浆不足，表面含水量大，表层抗冻强度降低，冬季天气寒冷，经过冻融循环后造成表层浆皮剥落，骨料裸露。（2）唐河以南段相对于其以北段气温较高，冻融相对频繁，冻融剥蚀现象严重。

2.3坡肩混凝土板冻胀损坏的原因

坡肩混凝土板冻胀损坏的原因，主要是在渠道工程混凝土衬砌板已经施工完毕之后，又进行了电缆沟的施工，而且在施工的过程中有着较多的雨水下降，那么电缆沟在开挖后没有及时回填压实，造成了沟中的积水下渗，导致渠堤的上部基土含水量增加，而且在堤顶的位置没有进行保温措施的设置，致使坡肩混凝土板在冬季出现冻胀的情况。

3对于渠道衬砌冻胀处理措施的分析

3.1坡肩混凝土板冻胀损坏处理

由于坡肩混凝土板（封顶板）不影响渠道输水安全，对降水后封顶板冻胀错台在3cm以下的，不建议拆除重建，但需对封顶板和路缘石之间裂缝采取柔性材料嵌填处理；错台超过3cm的需拆除重建。鉴于坡肩混凝土板的变形会造成其与路缘石之间的缝隙加大，并可能导致外水渗入衬砌板下加大冻胀损坏程度，因此需对坡肩混凝土与路缘石之间缝隙进行处理。采用的处理措施包括以下几方面。（1）对缝宽小于等于10mm的缝隙采用强度等级为90号热沥青灌缝；（2）宽度大于10mm的缝隙采用M10水泥砂浆填缝压实；（3）宽度不大于3.0cm的缝隙采用建筑防水沥青嵌缝油膏或聚氨酯密封胶填缝；（4）宽度大于3.0cm的缝隙采用C20细石混凝土填缝等。

3.2渠底渠坡衬砌的优化

如果冬季无法蓄水保温，需要注意科学地对渠坡的保温，不能完全封闭渠底衬砌，防止冬季出现渠底、渠坡相互约束而造成应力，影响整个工程。另外还需要注意及时做好施工缝的处理，在切割施工缝位置补充一些止水材料，避免出现渗水等现象。其次需要渠坡黏土夹层带处理。为了避免渠坡粘土夹层出现冻胀，需要去除一些富含水分的粘土夹层，让换填垫层的厚度增加，这样可以有效的提升防冻胀和排水的效果，尤其是在阴坡位置。另外，还需要重视渠底衬砌板冻胀抬高、错台处的处理。渠底衬砌板由于种种原因而导致抬高、错台，随着温度的升高会逐步恢复，不会产生较大的影响。个别区域的抬高仍然较大，整块板都会出现断裂，在此条件下需要重新进行拆除后完成浇筑工作。最后，需要对未贯通的裂缝处理。对于一些未贯通的裂缝，需要依照裂缝的具体类型来对实验处理方案进行确认，在气温合适时处理裂缝，以符合具体要求。

3.3关于衬砌板冻胀损坏处理措施的分析

在进行坡肩混凝土板的冻胀损坏问题处理时，因为坡肩混凝土板的作用性质，对渠道的输水安全不会产生影响。如果是冻胀错台在3cm以下就不适合拆除重建，但是应该对封顶板与路缘石之间的裂缝进行填补处理，一般常使用柔性材料完成这项工作，假如错台超过了3cm，就需要拆除重建了。由于坡肩混凝土板的形变会导致其和路缘石之间的缝隙扩大，而且扩大的缝隙会使太多的液体渗入衬砌板，一旦出现冻胀情况，那么损坏会更加严重。所以要对坡肩混凝土和路缘石之间的缝隙进行处理，依据缝隙宽度的大小，有3种处理措施对应：第一是缝隙宽度小于等于1.0cm，可以使用强度等级是90号的热沥青进行灌缝处置；第二是缝隙的宽度大于1.0cm小于3.0cm，需要使用M10水泥砂浆、建筑防水沥青嵌缝油膏或者是聚氨酯密封胶来填缝；第三是缝隙的宽度大于等于3.0cm，要使用C20细石混凝土来填缝。对渠坡混凝土的冻胀损坏进行处理，有3种情况：第一是单块衬砌板的上面有3条以上的贯穿性0.4mm以上的裂缝，或者是冻胀错台超过1cm并且有多条贯穿性裂缝，应该拆除重建。第二是渠坡衬砌板的冻胀情况只有错台现象出现，错台的高度在1~3cm，对错台较大的部分切除重建。如果错台的高度超过3cm，整块板都要拆除重建，同时增加保温板。第三是对渠道衬砌板结构缝中的密封胶进行检查，如果密封胶已经老化、开裂或者脱落，就应该清理与更换。

结语

衬砌板冻胀成因较多，在具备条件下建管单位将采取上述处理措施解决衬砌板冻损问题，同时，衬砌板冻胀与运行水位有着密切关系，在寒冷季节可结合渠道采取稳定水位运行的管理措施，减少冻胀破坏。

参考文献

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