盛 巖，王 豐

(新疆水利水電學校，新疆 烏魯木齊 830013;2新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

1 概況

本工程位于歐亞大陸腹地中心，遠離海洋，沿線經(jīng)過大陸性寒溫帶，干渠沿線屬新生代早期海相沉積物，分布廣范圍大，使渠道經(jīng)過沿線地層巖性較為復雜。干渠全長217km。

1.1 氣侯特征

氣候干燥，春秋兩季不明顯，冬夏冷暖懸殊，溫度相差較大。橫穿北部地區(qū)，氣溫受緯度和垂直地帶規(guī)律的影響，差異顯著。據(jù)氣象站統(tǒng)計，多年平均降水量為100mm;多年平均蒸發(fā)量為1844～3500mm;冬季較長，無霜期較短，最大凍土深度達1.97m。

1.2 工程地質

按其工程地質條件特征共分4段:第一段;以石英砂巖、泥質砂巖組成，鈣質膠結，干時堅硬，遇水易崩解軟化。屬中～弱膨脹巖土，滲透系數(shù)為6.2×10－5cm/s，屬弱透水性。第二段:粘土質砂，5m以下為砂巖、泥質砂巖，滲透系數(shù)為6.3×10－5cm/s，屬弱透水性，弱膨脹巖。第三段:以砂礫、角礫石土為主，滲透系數(shù)為3.2×10－3cm/s，屬強透水性?；滓陨皫r、泥巖為主，沿節(jié)理裂隙面易軟化崩解，地下水位2.5－4.5m。第四段:以泥巖塊、砂礫石土為主，滲透系數(shù)為1.2×10－3cm/s，屬強透水性，基底以砂巖、泥巖為主，吸水率高，渠道滲漏影響較大。

1.3 渠水、地下水易溶鹽分析

按地質分段進行相應的描述。在第一段干渠的代表性斷面處，分別對渠水、地下水取樣分析。根據(jù)試驗資料分析，渠道水質較好，略呈堿性，不具腐蝕性。地下水硫酸根離子含量高，具有強腐蝕性。在第二段干渠的代表性斷面處，分別在渠堤、渠基的探坑中取樣，其各離子含量偏低，具有弱～中等腐蝕性。在第三段、第四段干渠的代表性斷面處，分別在渠堤、渠基的探坑中取樣，SO4－2、Cl－的含量較高，具有較強的腐蝕性。

1.4 存在的主要問題

根據(jù)實地勘查，填方段主要問題為滲漏破壞。干渠挖方段破壞情況較填方段嚴重，在挖方段渠道封頂板向上拱起、折斷;襯砌板與渠封頂板間出現(xiàn)塌陷變形;渠道水面線附近襯砌六棱塊出現(xiàn)波狀變形;局部地段襯砌現(xiàn)澆混凝土板下沉變形等。

按地質分段進行相應的描述:第一段:主要表現(xiàn)為渠道過水斷面以下襯板發(fā)生變形(隆起、下沉)、斷裂，水面以上相對較少。第二段:渠道襯板的斷裂，集中發(fā)生在水下的邊坡和弧底中部以及水位變動區(qū)。第三段:堤頂出現(xiàn)的縱向裂縫，最大寬度7～8cm。第四段:堤頂處渠道襯板及封頂板下沉及上拱。

2 渠道破壞分析及處理

2.1 凍脹破壞分析

當渠道同時具備3個條件時，即出現(xiàn)凍脹問題:(1)土料中粒徑小于0.05mm的土粒含量按重量比大于總土重的6%。(2)凍深:大于標準凍深0.1m。(3)水分:凍結初期土料的含水量大于0.9倍塑限含水量;或地下水位至渠底的埋深小于土的毛管水上升高度加設計凍深［1］-［2］。在渠道的典型斷面中，經(jīng)過分析都已具備了前述的3個條件，因此，存在凍脹破壞現(xiàn)象。渠堤填筑料和渠基巖層均為凍脹土，干渠受其所處地理位置、巖性環(huán)境的影響，凍脹已成為渠道破壞的主要因素之一。

2.2 凍脹破壞的防治

目前工程中采用較多的處理措施有減少或消除渠基凍漲結構型式用非凍漲土進行置換、隔水和排水等方法。本工程采用的措施為:一是用非凍漲土置換渠基土，置換深度滿足抗凍漲的要求，使襯板與渠基隔離，從而消減渠基的凍漲。二是在剛性襯砌下面鋪設防滲層。如鋪設塑料薄膜，減少滲水，降低基土含水量，從而消除或減少基土凍脹量;三是在襯砌板下鋪設保溫層，如鋪設聚苯乙烯塑料泡沫板，提高渠基溫度，減少渠基凍土層厚度或完全避免渠基土凍結，從而消除渠基凍脹。渠道襯砌各部位凍脹量的不同，置換層深度也不同，渠道陰面置換層大，陽面置換層較小。渠坡最大換填厚度為0.5m、渠底最大換填厚度為0.8m。為防止渠道滲漏水與渠基接觸，采用砼板+土工膜的方式進行防滲，渠道結構采用非凍漲土置換+渠坡排水。因渠道本身的滲漏仍然不可避免，因此，設置排水花管作為渠坡滲漏水的通道，有效的避免了凍漲的發(fā)生。

2.3 膨脹破壞的分析

從施工期開挖情況看，沿渠線具有膨脹性的巖層從十幾米到一千多米長不等，而且分布范圍無規(guī)律，有的出現(xiàn)在渠底，有的出現(xiàn)在渠坡，也有全斷面分布，巖性主要為砂巖、砂礫巖、砂質泥巖、泥質砂巖等，根據(jù)實驗資料可知泥巖遇水后出現(xiàn)不同程度的膨脹，其中自由膨脹最高達360%。膨脹巖具有遇水膨脹，失水干縮的特點，膨脹土的變化引起渠道邊坡的變形，進而影響渠道整體結構的穩(wěn)定，已成為渠道破壞的主要因素之一。

2.4 膨脹破壞的處理

膨脹的防治目前國內(nèi)外主要采取“避、治、防”?！氨堋奔丛谇肋x線時盡可能避開膨脹巖地段;“治”即采用各種措施改變膨脹巖的原有特性，以減免其危害，一般采用摻石灰或摻水泥的方法［3］?！胺馈笔欠乐古蛎泿r與水接觸，防止變形過大造成渠道失穩(wěn)破壞。比較有效的方法是優(yōu)化渠道防滲結構，加強防滲、設置排水通道。本工程采用了“防排結合”的辦法。雖然設置了防止渠道內(nèi)水外滲和降水入滲導致渠基巖土膨脹的措施，但很難保證完全沒有滲水產(chǎn)生，因此，還考慮采用了排水措施，將滲入渠基的內(nèi)水及外水排出，以削弱滲漏水對渠基的影響。采用復合土工膜進行防滲，排水采用因地制宜，結合地形進行實施，通常采用排水料替換渠基換填料;若當?shù)責o較好的排水料時，則采用集中管道排水(渠基排水花管+逆止閥、渠堤集中抽排)的辦法處理滲水。防止膨脹巖遇水后對渠道襯板產(chǎn)生膨脹破壞。

2.5 鹽脹破壞的分析

鹽脹破壞主要發(fā)生在較多的渠線土料中。當溫度從高向低變化，無論是溶解在土溶液中的，還是以粉末存在的硫酸鈉，其體積增大3.1倍［4］，土體即發(fā)生鹽脹。而當溫度從低向高變化或高于32.4℃時，晶體硫酸鈉又很快溶解于土溶液中，或恢復到原來的粉末狀態(tài)，使土體積縮小。如此反復的脹縮，土體結構便發(fā)生破壞。使渠道混凝土襯砌板鼓脹、裂縫，其危害程度及形式與凍脹破壞相同。

2.6 鹽脹破壞的處理

對于易溶鹽的膨脹的防治通常采用化學法和置換法，由于化學法處理相對較復雜，且不易控制添加劑的量，處理質量難以保證［5］。而置換法處理相對較簡單，且容易控制。因此，采用了非凍脹土替換渠基鹽脹土的置換法進行處理，在渠基換填一定厚度不含易溶鹽的非凍脹巖土，使襯板+防滲體與鹽脹渠基隔離，處理深度等于設計凍土深。排水措施同凍脹處理方法。結合防凍脹要求，渠基換填1.2m非凍脹土，布置逆止閥，堤頂換填寬度2.5m;深度0.5m，堤頂采用土工膜延伸封頂。

3 結論及建議

(1)渠道沿線普遍具有膨脹、凍脹、鹽脹破壞的發(fā)生，因此，對渠基進行必要的處理是不可避免的。在確定處理方案時不能單一，需要綜合考慮各種不利因素，進行綜合防治。凍脹破壞防治是主要矛盾，可在進行防凍脹設計時兼顧考慮膨脹及鹽脹的防治。一般對于凍脹、膨脹、鹽脹普遍采用了換填措施，同時還要進行全斷面的防滲，并在渠底設置縱、橫向排水設施。經(jīng)長年運行觀測后，渠道襯板變形破壞基本消失。

(2)如果滿足防止渠基凍脹、膨脹、鹽脹的要求，就必須使渠基換填土的壓實最大干密度達到γd=1.89－1.98g/cm3，飽和抗剪強度 φ=29－35°，C=15－40Kpa;為了防滲材料不產(chǎn)生滑動，必須在膜料下布設砂漿墊層，即可保證減少在施工期膜料遭破壞的幾率，又可有效地提高膜表層與渠基的摩擦系數(shù)。

(3)渠道混凝土板墊層的選擇。由于部分渠段的渠堤、基土(砂巖、泥巖)的土料中普遍含SO4－2離子，并且渠堤大量采用了當?shù)亻_挖出的砂巖、泥巖碎塊料，使SO4－2、Cl－的含量增加，對混凝土和鋼筋具有強腐蝕性，因此，砂漿墊層必須采用抗硫水泥。

(4)渠道結構的選擇。本工程結構仍采用混凝土板+膜料防滲的方案，混凝土板采用1)現(xiàn)澆砼襯砌結構:采用10cmC20現(xiàn)澆砼板，其下鋪復合土工膜，渠基設2.5cm水泥砂漿墊層;2)預制砼襯砌結構:采用6cmC20預制砼板，設2.0cm水泥砂漿保護層，下鋪復合土工膜，渠基設2.5cm水泥砂漿墊層。

(5)渠基土的選擇。換填料首先考慮盡量利用附近的開挖料，當在開挖料物理力學參數(shù)不能滿足要求時，填筑料應考慮渠線附近的料場開采，并要滿足非凍脹土的要求，同時還要考慮滿足排水要求，其控制指標為:粘土壓實度P≥98%，非粘性土(砂礫石、含土砂礫石)相對密度Dr≥0.8。

［1］侍克斌，劉后森，邱秀云等.引額濟克工程西干渠結構及水力學試驗研究述［J］.工程力學(增刊)，1999(10).

［2］董淑芳，董新美.復合土工膜在砌石壩防滲中的應用述［J］.山東建筑工程學院報，2002(01).

［3］寧守家.渠道襯砌防滲抗凍結構設計述［J］.甘肅水利水電技術，2003(04).

［4］郎向東等.現(xiàn)澆混凝土渠道裂縫的成因及防治述［J］.河南水利與南水北調(diào)，2007(09).

［5］朱強.我國渠道凍脹防治綜述［J］.防滲技術，1996(02).