郭建梅,湯黨球

(1.黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱 150090;2.黑龍江農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司,哈爾濱 150090)

據(jù)對(duì)灌區(qū)預(yù)制混凝土板防滲干渠的破壞情況調(diào)查結(jié)果顯示:陽坡基本無凍脹破壞問題,除個(gè)別因施工質(zhì)量問題混凝土板而產(chǎn)生斷裂酥松外,其他基本完好;渠底有輕微凍脹破壞問題,渠底基本平整,局部有凍脹隆起;陰坡凍脹破壞問題較嚴(yán)重,有較明顯的凍脹隆起,局部段已影響到干渠運(yùn)行穩(wěn)定。

調(diào)查的灌區(qū)屬寒冷地區(qū),灌區(qū)渠基土又多為凍脹土,且地下水含鹽量較高。所以在對(duì)渠道進(jìn)行混凝土面板防滲設(shè)計(jì)中,如何有效避免渠道板的破壞問題,成了灌區(qū)節(jié)水改造是否成功的關(guān)鍵。本文將對(duì)因凍脹引起板破壞的類型、原因及修復(fù)工程技術(shù)措施進(jìn)行分析介紹,以期對(duì)襯砌渠道防滲設(shè)計(jì)有所幫助。

1 渠道混凝土面板破壞的類型

通過對(duì)混凝土板防滲渠道破壞現(xiàn)象的分析來看,按其破壞狀態(tài)大致可分為以下兩種:一種是面板破裂,翹起、滑落、嚴(yán)重的渠道邊坡塌陷,在此類破壞過程中,混凝土本身的強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等指標(biāo)改變很小或沒有發(fā)生改變,僅是面板的整體結(jié)構(gòu)受到破壞,這種破壞稱之為凍脹破壞;另一種情況是面板表面受到侵蝕,主要是混凝土與土壤水中的酸類、鹽類等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),然后慢慢向由外向內(nèi)發(fā)展,最后板局部或整個(gè)板產(chǎn)生酥松,直到混凝土完全失去強(qiáng)度,這種稱之為渠道混凝土面板的侵蝕破壞。兩種破壞形式雖不相同,但最后都將導(dǎo)致渠道節(jié)水效果的嚴(yán)重下降。另外,隨著渠道斷面輸水糙率不斷變大,渠道的過水能力也會(huì)大大降低,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致整個(gè)渠道喪失輸水功能。因此,在存在凍脹土的寒冷地區(qū)以及地下水對(duì)混凝土具有侵蝕性的地區(qū),渠道防滲設(shè)計(jì)如果對(duì)以上問題考慮不足,勢(shì)必會(huì)影響到整個(gè)工程效益的發(fā)揮,從而造成國家財(cái)產(chǎn)的損失。

2 渠道混凝土面板破壞的原因

渠道面板發(fā)生凍脹破壞的主要原因是渠基土發(fā)生凍脹,渠基土的凍脹與以下幾個(gè)因素有關(guān):①寒冷地區(qū)的氣溫是否長(zhǎng)期低于 0℃;②基土中是否存在凍結(jié)的主體—水份;③基土的物理性質(zhì),主要包括土的顆粒組成等。以下針對(duì)這幾個(gè)因素作以分析。

2.1 各因素間的相互關(guān)系

渠基土中含有土壤水,這些土壤水主要是由土壤粒子間填充的自由水和吸附在粒子周圍的束縛水組成,自由水的多少與粒子間空隙的大小有關(guān),束縛水的多少與土粒子的總表面積有關(guān)。針對(duì)渠道混凝土面板基土來說,因?yàn)槠涠酁楹粚?shí)土,粒子間隙小,所以其含水量的大小主要與粒子周圍束縛水有關(guān)。而束縛水的多少又與基土的性質(zhì)有關(guān),即土質(zhì)組成顆粒越細(xì),其顆粒的比面積就越大(比面積為1g土體中所有土顆粒的表面積之和),粒子所吸附的水份也就是基土的含水量就越多。這樣,當(dāng)氣溫長(zhǎng)時(shí)間處于 0℃以下時(shí),基土中水份就會(huì)結(jié)冰,根據(jù)水在結(jié)冰時(shí)體積增大 0.09倍的性質(zhì),基土的體積也將增大,這將給其上的面板產(chǎn)生向上的推力,如果該力足夠大,將引起混凝土面板在該力方向上的位移,或使板體本身發(fā)生破裂、翹起、滑落,嚴(yán)重的將導(dǎo)致渠道邊坡塌陷。

2.2 凍脹基土中的水份遷移原理

因?yàn)樵诓煌令w粒表面吸附水之間存在著電位差,當(dāng)氣溫長(zhǎng)時(shí)間低于 0℃時(shí),在該電位差和毛管水表面張力的共同作用下,土顆粒表層的活躍水分子將會(huì)順著溫度梯度方向,向土壤水凍結(jié)峰面遷移,如果基土水份有充足的補(bǔ)給源,基土凍結(jié)鋒面將會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的凍脹。因?yàn)槌Ｒ?guī)凍脹量一般為原來體積的 10%～50%,而在水份遷移的情況下,凍結(jié)鋒面上的凍脹量可達(dá)到原來體積的數(shù)倍。在重力作用下,凍土水分垂直遷移以及毛細(xì)管水上升高度都有一定的范圍,該范圍的大小與土質(zhì)有關(guān)。

理論分析和工程實(shí)踐證明,粒徑＞0.1m m的基土,因其所含水份較少,在其結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的膨脹力較小,不足以對(duì)面板產(chǎn)生破壞;當(dāng)基土粒徑在0.1～0.05m m時(shí),破壞較大,而當(dāng)粒徑在0.05～0.002m m時(shí),基土凍脹破壞最強(qiáng)。按照土質(zhì)的分類,黏土的凍脹破壞最強(qiáng),其次是粉質(zhì)土、亞黏土和亞砂土。

3 預(yù)制混凝土防滲層修復(fù)措施

預(yù)制混凝土防滲層的修復(fù)主要有以下幾種情況:

3.1 現(xiàn)澆混凝土防滲層的裂縫修復(fù)

當(dāng)混凝土防滲層發(fā)生裂縫后,如果防滲層仍大致平整,無較大錯(cuò)位,裂縫較小的情況,可以運(yùn)用過氯乙烯膠液涂料黏貼玻璃絲布的方法,進(jìn)行修復(fù)。而對(duì)于裂縫較大者,可采用填筑伸縮縫的方法修復(fù)。對(duì)于大型渠道裂縫又較大的,可采用填塞與黏貼相結(jié)合的方法修復(fù)。具體做法如下:

1)清除縫內(nèi)、縫壁及縫口兩邊的泥土、雜物,保持清潔、干燥。

2)縫壁涂刷冷底子油。

3)將煤焦油填料或焦油塑料膠泥填入縫內(nèi),填壓密實(shí),保持表面平整光滑。

4)填好縫 1～2 d后,沿縫口兩邊涂刷5 c m寬的過氯乙烯涂料一層,隨即沿縫口兩邊黏貼 3～4 c m寬玻璃絲布一層、再涂刷涂料一層、黏貼第二層玻璃絲布,最后涂刷一層涂料。在運(yùn)用此方法中,要注意涂料要涂刷均勻,玻璃絲布要黏平,不能有氣泡。

3.2 預(yù)制混凝土防滲層的修復(fù)

3.2.1 混凝土防滲層砌筑縫的修復(fù)

預(yù)制混凝土渠道包括板和U型槽,其砌筑多采用水泥砂漿縫。面板防滲渠道的砂漿填縫一般有以下缺點(diǎn):①砂漿強(qiáng)度低;②施工擠壓不實(shí);③不能與混凝土板緊密結(jié)合,勾縫的砂漿容易脫落,有的從勾縫中長(zhǎng)出了雜草,甚至有些小型填方渠道襯砌完后,試水時(shí)發(fā)生垮渠等破壞情況,能保持完好的工程基本很少。造成原因,除了其他因素外,筆者認(rèn)為襯砌部分勾縫的漏水是主要的原因。為了保證工程質(zhì)量,建議對(duì)混凝土預(yù)制板改用方形或長(zhǎng)方形,塊的大小應(yīng)便于施工為宜,厚度 8～10 c m為好,板縫留 10～15 c m用高標(biāo)號(hào)混凝土填充,人工機(jī)械均能施工,振搗出漿與混凝土板能緊密結(jié)合,使襯砌段形成整體,基本達(dá)到現(xiàn)澆的質(zhì)量。舊渠防滲層砌筑縫的修復(fù)也可以先鑿除縫內(nèi)水泥砂漿塊,將縫壁、縫口沖刷干凈,用與混凝土板相同標(biāo)號(hào)的水泥砂漿填塞,搗實(shí)抹平,保濕養(yǎng)護(hù)不得少于14 d。

3.2.2 混凝土防滲層表層的修復(fù)

混凝土防滲層表層損壞,如剝蝕,孔洞等,可采取水泥砂漿修補(bǔ),有條件時(shí)可采用噴漿法修復(fù)。

1)砂漿修復(fù)方法:首先必須全部除掉已損壞的混凝土,并對(duì)修補(bǔ)部位進(jìn)行鑿毛處理,沖洗干凈,然后在工作面保持濕潤(rùn)的狀態(tài)下,將拌和好的砂漿用木抹抹到修補(bǔ)部位,反復(fù)壓平,用鐵抹抹光后,保濕養(yǎng)護(hù)不少于14 d。如果修補(bǔ)部位深度較大時(shí),可在水泥砂漿中摻和適量的礫料,作用是可以減少砂漿干縮和增強(qiáng)砂漿強(qiáng)度。

2)噴漿修復(fù)方法:如果條件允許,可以采用此方法。方法是將水泥、砂和水的混合料用設(shè)備經(jīng)高壓通過噴頭噴射到修復(fù)部位。

3.3 混凝土防滲層的翻修

3.3.1 舊板拆除,重新鋪筑

混凝土防滲層如若損壞嚴(yán)重,例如破碎、錯(cuò)位,滑坍等的情況下,應(yīng)拆除損壞部位,處理好地基土重新鋪筑。在鋪筑時(shí)要特別注意新舊混凝土的結(jié)合面處理好。方法是結(jié)合面鑿毛沖洗后,涂一層厚2c m的水泥凈漿,才能開始鋪筑新混凝土,同樣鋪筑好的混凝土要注意保濕養(yǎng)護(hù)。

3.3.2 舊板不拆,加鋪新板

現(xiàn)有混凝土板不拆除,在其上整平后加鋪新板。

3.3.2.1 現(xiàn)澆混凝土方案

把舊混凝土凍脹隆起的部分壓平后,在上面鋪設(shè)保溫板(聚苯保溫板),然后鋪一層塑料薄膜,完成后在其上再鋪筑素混凝土。苯板和現(xiàn)澆混凝土的厚度應(yīng)通過計(jì)算得出。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是比較適合渠道現(xiàn)狀,較美觀。缺點(diǎn):工期長(zhǎng),施工質(zhì)量較難控制,不適應(yīng)工程在干渠輸水間隔期施工,工期短的要求。

3.3.2.2 預(yù)制混凝土板方案

把舊混凝土凍脹隆起的部分壓平后,在上面鋪設(shè)保溫板(聚苯保溫板),然后鋪一層塑料薄膜,砂漿找平后,鋪筑混凝土板。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是混凝土板可集中預(yù)制,混凝土質(zhì)量易控制,集中鋪砌,適應(yīng)工程在干渠輸水間隔期施工,工期短的要求。缺點(diǎn):混凝土板尺寸固定,難以適合渠道現(xiàn)狀尺寸。

采用聚苯板對(duì)受凍害渠道進(jìn)行防凍壞處理,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)是可行的。兩種方案中聚苯板的選擇:①要選擇重質(zhì)聚苯板,抗壓強(qiáng)度不得＜2 k g/c m2。②聚苯板得厚度選擇可以根據(jù)實(shí)際基礎(chǔ)埋深與規(guī)定最小埋深之差選定。一般為 10∶1,即:每10c m埋深差,選1 c m厚保溫板,因?yàn)榫郾桨宓膶?dǎo)熱系數(shù)為0.03～0.05 w/M K,是一般濕土的導(dǎo)熱系數(shù)十分之一。

[1] 曲洪彬,曲洪雷,曹春頂.混凝土渠道的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)[J].黑龍江水利科技,2006,34(3):50-51.