丁進(jìn)軍

(新疆兵團(tuán)農(nóng)十四師224團(tuán),新疆和田 848116)

1 引言

當(dāng)前,越來(lái)越多的水利工程渠道均采用現(xiàn)澆襯砌渠道,這種處理措施使得渠道的防滲效果增強(qiáng)、使用壽命加長(zhǎng),同時(shí)該措施施工質(zhì)量便于控制、使用材料較為普遍,因此襯砌渠道在渠道防滲加固方面深受青睞。然而,在實(shí)際工程運(yùn)行過(guò)程中,存在較多不利因素對(duì)襯砌渠道造成破壞,導(dǎo)致渠道滲透問(wèn)題,嚴(yán)重影響了渠道的正常運(yùn)行。

2 造成渠道滲透因素分析

2.1 凍脹破壞

襯砌渠道的凍脹破壞主要是由于凍脹應(yīng)力的不均勻分布,而引發(fā)渠道襯砌混凝土面板被破壞導(dǎo)致渠道滲透。造成凍脹應(yīng)力的不均勻分布的因素有以下幾個(gè)方面。

(1)持續(xù)負(fù)溫環(huán)境。在某些北方寒冷地區(qū),冬季輸水停止后,混凝土板下基土處于飽和狀態(tài),經(jīng)過(guò)冬季低溫冷凍后,土壤中自由水結(jié)冰導(dǎo)致基礎(chǔ)體積膨脹,混凝土底板被抬起;當(dāng)氣溫升高時(shí)土壤水中的冰融化,體積減小混凝土板也隨之下降;再遇低溫土壤水再次結(jié)冰,再次膨脹推動(dòng)混凝土板鼓起,如此反復(fù),當(dāng)混凝土板自重分解的滑力大于混凝土板與土壤間的摩擦力時(shí),混凝土板開(kāi)始脫離板縫下滑,從而造成襯砌板破壞。

(2)渠道基床土屬于凍脹性土壤。土在凍結(jié)狀態(tài)時(shí),基床有較高的承載力和較小的壓縮性,甚至無(wú)壓縮性,但凍融后承載力大大減弱,壓縮性增高,導(dǎo)致基床產(chǎn)生不均勻變形,渠道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)板將可能被破壞而引發(fā)渠道滲透問(wèn)題。

(3)土壤中存在通暢的水分補(bǔ)給通道。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,當(dāng)土體中自由水和毛細(xì)水的補(bǔ)給充足時(shí),一旦氣溫下降至零度以下,土體中的自由水和毛細(xì)水的體積受凍膨脹,引起土體膨脹,頂托襯砌,破壞渠道。

2.2 地下水反滲破壞

渠道發(fā)生反滲破壞的主要原因是土壤內(nèi)摩擦角發(fā)生變化使得渠道混凝土板與土壤的附著力大大減小,混凝土板發(fā)生嚴(yán)重變形或隆起,導(dǎo)致整個(gè)渠道襯砌板大面積坍塌,渠坡土壤流失嚴(yán)重。反滲發(fā)生的原因是渠道灌溉或大雨后,渠道兩岸土壤隨之飽和,地下水位急劇上升,當(dāng)渠道正常輸水運(yùn)行,渠內(nèi)水位高,流量大,渠道短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生破壞;但當(dāng)渠道停止放水,渠道水泄空后,水位急劇下降,此時(shí),土壤兩側(cè)地下水位差較大,使得側(cè)水壓力加大,若渠道未設(shè)置截滲溝,則土壤的水分開(kāi)始通過(guò)混凝土板向渠道反滲,渠道底部排水孔排水不暢,不能及時(shí)排出的水必然會(huì)對(duì)混凝土板產(chǎn)生一定的壓力,從而導(dǎo)致混凝土板發(fā)生位移或破壞,引起嚴(yán)重的渠道滲透問(wèn)題。

2.3 襯砌渠道施工質(zhì)量問(wèn)題

2.3.1 地基處理不當(dāng)引發(fā)襯砌滲透

不同類(lèi)型的土壤具有的特殊性質(zhì)將對(duì)襯砌渠道帶來(lái)不同程度的破壞,例如,對(duì)于濕陷性黃土來(lái)說(shuō),其受水浸濕后土壤結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著下沉的特性,將會(huì)直接影響渠道的使用壽命;由砂壤土、粉細(xì)砂、中砂等組成地基土,當(dāng)發(fā)生地震時(shí),飽和的砂土極易產(chǎn)生液化而導(dǎo)致地基失穩(wěn);凍脹土的凍結(jié)作用帶來(lái)的影響是,一方面由于凍結(jié)作用,產(chǎn)生凍結(jié)力使土壤顆粒牢固地黏結(jié)在一起,在凍結(jié)層里的膠結(jié)冰和分凝冰與土壤顆粒相互排列形成各種凍土構(gòu)造,將導(dǎo)致基土整體滑移破壞;另一方面由于凍脹土中水的凍結(jié)融化給基土帶來(lái)不均勻的凍脹應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土襯砌結(jié)構(gòu)破壞而造成滲透問(wèn)題;而對(duì)于鹽漬土來(lái)說(shuō),土壤含鹽量的增高,將導(dǎo)致地下水含鹽量急劇增高,冬季停水期間,低洼地段的鹽分隨地下水滲出,使混凝土板長(zhǎng)期處于含鹽量較高的環(huán)境,混凝土受到嚴(yán)重的侵蝕作用,從而使得混凝土板強(qiáng)度降低,最終將導(dǎo)致混凝土板發(fā)生破壞。因此,渠道地基處理時(shí)要針對(duì)不同類(lèi)型的土壤采用不同的地基處理方法,若沒(méi)有嚴(yán)格按照不同類(lèi)型土壤地基處理方法及地基處理相關(guān)規(guī)范施工,則必然會(huì)給渠道防滲混凝土襯砌工程帶來(lái)隱患,從而使渠道工程襯砌發(fā)生不同方位的沉陷位移,導(dǎo)致渠道襯砌工程出現(xiàn)滲漏,直接影響襯砌渠道的防滲性能及其使用壽命。

2.3.2 襯砌渠道工程施工質(zhì)量控制不當(dāng)引發(fā)的問(wèn)題

襯砌渠道工程施工質(zhì)量控制不當(dāng)一般體現(xiàn)為施工方法和現(xiàn)場(chǎng)操作不規(guī)范,包括以下幾個(gè)方面。

(1)基底腐殖土、淤泥、垃圾等清理不徹底,渠道開(kāi)挖、回填與設(shè)計(jì)方案誤差較大,削坡處理不到位。

(2)襯砌結(jié)構(gòu)模板拼接不嚴(yán)密,偏差較大。不嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范要求,盲目追求施工進(jìn)度,過(guò)早拆除模型,拆模后不進(jìn)行有效的養(yǎng)生而導(dǎo)致混凝土板開(kāi)裂,引起滲透問(wèn)題。

(3)混凝土水灰比與設(shè)計(jì)不符,攪拌不均勻,振搗不足,混凝土各組成材料材質(zhì)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求等,造成混凝土質(zhì)量不佳而引起混凝土開(kāi)裂滲透。

(4)混凝土養(yǎng)護(hù)條件不足,使得混凝土強(qiáng)度不足以承擔(dān)循環(huán)、高頻率的水壓力,造成混凝土破壞。

2.3.3 防滲技術(shù)不當(dāng)引發(fā)的滲透問(wèn)題

渠道防滲是減少渠道輸水滲漏損失的工程措施。渠道防滲不僅能節(jié)約灌溉用水,而且能降低地下水位,防止土壤次生鹽堿化;防止渠道的沖淤和坍塌,加快流速、提高輸水能力,減小渠道斷面和建筑物尺寸;節(jié)省占地,減少工程費(fèi)用和維修管理費(fèi)用等。

常見(jiàn)的渠道防滲技術(shù)中采用的防滲結(jié)構(gòu)或材料有土料防滲、水泥土防滲、混凝土防滲、膜料防滲及瀝青混凝土防滲等方式。在這些防滲技術(shù)中有存在的一些技術(shù)缺陷很容易造成渠道輸水滲漏損失。比如材料配合比不當(dāng)、施工技術(shù)及組織措施不合理、土工合成膜鋪設(shè)方式不恰當(dāng)?shù)葐?wèn)題都會(huì)引起渠道襯砌結(jié)構(gòu)的破壞而造成嚴(yán)重的渠道滲透問(wèn)題。

3 針對(duì)襯砌渠道滲透問(wèn)題提出的改善措施

3.1 改善凍脹破壞的措施

在渠道防凍脹處理中有很多不同處理形式。比如,采用新型保溫材料來(lái)防治渠道基土的凍脹問(wèn)題,保證了渠基土不受負(fù)溫的影響;通過(guò)改變渠道結(jié)構(gòu)型式來(lái)實(shí)現(xiàn),用U形或矩形斷面來(lái)代替梯形斷面;進(jìn)行渠基土的換填,用大顆粒的土體替換原來(lái)的細(xì)顆粒土體,防止凍脹土壤對(duì)渠道襯砌混凝土板的凍脹應(yīng)力影響。各種不同的防凍脹處理方法都有其不同的使用范圍,只有針對(duì)不同工程地質(zhì)條件,采用適宜的方法來(lái)處理凍脹問(wèn)題才可以從根本上解決凍脹問(wèn)題帶來(lái)的襯砌渠道滲透。

3.2 改善反滲破壞的措施

針對(duì)雨水垂直下滲采取的防范措施主要有優(yōu)化結(jié)構(gòu)型式、加強(qiáng)級(jí)配設(shè)計(jì)、使用性能良好的材料、控制施工工藝以及加強(qiáng)檢測(cè)手段等方法,以此控制因雨水下滲對(duì)渠道襯砌結(jié)構(gòu)的破壞。針對(duì)地下水反滲,一般在渠道槽內(nèi)埋設(shè)縱橫向排水滲溝,在槽頂面和基層之間增設(shè)級(jí)配碎石反滲層,通過(guò)級(jí)配碎石反滲層進(jìn)入橫向排水滲溝內(nèi)的排水管中,通過(guò)橫向排水管進(jìn)入縱向排水管而排出基礎(chǔ)外。

3.3 襯砌渠道施工質(zhì)量控制方法

3.3.1 渠道地基處理

對(duì)于軟土地基可以采取排水、拋塊石、放緩開(kāi)挖邊坡、坡腳打樁等措施來(lái)提高地基承載力,達(dá)到渠道工程設(shè)計(jì)要求;對(duì)于砂壤土、粉細(xì)砂、中砂土壤地基的施工,最主要是選擇無(wú)濕陷性的填料進(jìn)行填筑,同時(shí)在填筑碾壓時(shí)要嚴(yán)格控制鋪土厚度、含水量及碾壓遍數(shù),這樣才能避免基地砂土液化流失引起的基底失穩(wěn)問(wèn)題。在地基處理中必須針對(duì)不同地基土壤類(lèi)型采用不同地基處理方法才可以避免地基失穩(wěn)引起的襯砌渠道滲透問(wèn)題。

3.3.2 避免襯砌混凝土結(jié)構(gòu)板開(kāi)裂的方法

實(shí)際施工過(guò)程中由于各種原因造成的混凝土開(kāi)裂比較普遍,輕者反映為裂紋和細(xì)微裂縫,經(jīng)修補(bǔ)對(duì)使用功能沒(méi)有大的影響;重者造成大的裂縫甚至襯砌結(jié)構(gòu)移位,這將直接影響襯砌結(jié)構(gòu)的使用甚至造成安全事故。避免襯砌混凝土結(jié)構(gòu)板開(kāi)裂的方法包括以下幾點(diǎn)。

(1)仔細(xì)清理基底浮渣,并用清水沖洗干凈。對(duì)于有仰拱填充的襯砌,嚴(yán)格控制和確保仰拱尺寸、厚度,拱墻襯砌時(shí)一定要對(duì)與仰拱的接觸面進(jìn)行鑿毛清理。

(2)同步進(jìn)行斷面檢測(cè),確保開(kāi)挖輪廓符合設(shè)計(jì)要求。

(3)嚴(yán)格控制模型加工質(zhì)量,確保模板平穩(wěn)度。

(4)嚴(yán)格控制混凝土配合比和混凝土的和易性。

(5)控制混凝土的灌注速度,加強(qiáng)振搗,確?；炷凉嘧⒚軐?shí)。

(6)確?；炷琉B(yǎng)護(hù)條件符合相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

3.3.3 采用正確的防滲技術(shù)

針對(duì)不同工程地質(zhì)條件采用不同的防滲技術(shù),利用合理的防滲結(jié)構(gòu)或材料來(lái)達(dá)到襯砌渠道的防滲要求,保證渠道的正常運(yùn)行。

(1)土料防滲就是將渠基土夯實(shí)或者在渠床表面鋪筑一層夯實(shí)的土料防滲層,包括壓實(shí)素土、黏砂混合土、三合土、四合土、灰土等。土料防滲具有允許流速小,抗凍耐久性差等缺點(diǎn),適用于氣候溫和、地區(qū)流速較小的中型、小型渠道。施工時(shí)必須掌握好削坡清淤、配料、拌和、鋪料、錘實(shí)和養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié),也可在土料中添加固化劑增強(qiáng)渠道防滲性。

(2)水泥土具有較好的防滲效果,具有允許流速小,抗凍性差等缺點(diǎn)。適用于溫和地區(qū),且附近有砂土和砂壤土而缺乏砂石料的渠道。水泥土鋪筑時(shí)應(yīng)做到配料準(zhǔn)確、攪拌均勻、攤鋪平整、澆搗密實(shí)。

(3)混凝土襯砌渠道具有防滲抗沖效果好,輸水能力大,經(jīng)久耐用,便于管理等特點(diǎn)。因而適用于各種地形、氣候和運(yùn)行條件的大型、中型、小型渠道,附近應(yīng)有骨料來(lái)源?；炷烈r砌施工技術(shù)采用噴射混凝土以及對(duì)塑料養(yǎng)護(hù)劑的應(yīng)用,現(xiàn)澆完畢后應(yīng)及時(shí)收面,及時(shí)養(yǎng)護(hù)?；炷令A(yù)制板初凝后即可拆模;安砌應(yīng)平穩(wěn)堅(jiān)固;砌縫應(yīng)用水泥砂漿填滿(mǎn)、壓平、抹光。

(4)膜料防滲是用塑料薄膜或?yàn)r青玻璃纖維布油氈或復(fù)合類(lèi)膜料做防滲層,其上設(shè)保護(hù)層的防滲方法。膜料防滲性能好,適應(yīng)變形能力強(qiáng),尤其適用于凍脹性較為嚴(yán)重的寒冷地區(qū)。膜料防滲的核心工序在于保持膜層的完整和保護(hù)邊坡的穩(wěn)定。

(5)瀝青混凝土襯砌屬于柔性結(jié)構(gòu),其防滲能力強(qiáng),適應(yīng)變形性好,造價(jià)與混凝土相近,適用于凍害地區(qū),且附近有瀝青料源的渠道。瀝青混凝土襯砌在正式施工前,必須首先進(jìn)行試鋪筑,以確定瀝青混合料的配合比、攤鋪厚度、施工溫度、碾壓遍數(shù)等工藝參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際中出現(xiàn)的各種襯砌渠道滲透問(wèn)題,以現(xiàn)今普遍采用的襯砌渠道施工方法為重點(diǎn),對(duì)普遍存在的滲透問(wèn)題提出了針對(duì)性的改善措施,在襯砌渠道施工及運(yùn)行中應(yīng)用改善措施可以有效地改善渠道的防滲性,提高渠道使用壽命。

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