【摘要】為研究渠道襯砌凍脹破壞的原因，進(jìn)行2個方面分析，一是減弱或避免渠道襯砌凍脹的發(fā)生，二是增強(qiáng)渠道襯砌抗的凍脹能力。進(jìn)而提出預(yù)防渠道襯砌凍脹破壞的工程措施。

【關(guān)鍵詞】水利；渠道；混凝土襯砌；凍脹；工程措施

前言

南水北調(diào)、引灤入津、引灤入唐、引黃濟(jì)青、引黃濟(jì)太、東深供水及引大入秦等大型引水調(diào)水工程，均以梯形明渠自流方式送水，這種送水方式能使水與大氣、陽光直接接觸，具有良好的自凈能力。上述渠道大部分采用混凝土襯砌方式，從避免或減弱渠道襯砌凍脹的發(fā)生，以及增強(qiáng)渠道襯砌抗凍脹能力展開混凝土渠道襯砌凍脹破壞防護(hù)的敘述。

1、工程背景

在引水調(diào)水工程管理過程中，解決渠道混凝土襯砌凍脹破壞問題是一項艱巨且繁重的任務(wù)?；炷燎酪r砌的凍脹破壞的問題十分嚴(yán)重。混凝土渠道襯砌的凍脹破壞會縮短工程使用壽命、增加維修管理費(fèi)用、制約工程效益發(fā)揮、影響渠道工程運(yùn)行，并且降低灌區(qū)整體性調(diào)度效率。

提出預(yù)防渠道混凝土襯砌凍脹破壞的工程措施，不僅可以延長渠道工程使用周期，而且可以提高渠道工程的經(jīng)濟(jì)效益。

2、分析與討論

2.1從減弱或避免凍脹發(fā)生的角度

2.1.1為改善渠基土水熱耦合作用，采取保溫隔熱措施

利用保溫隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)低的性能，將其布設(shè)在襯砌體背后，隔絕襯砌體與基床的物質(zhì)能量交換。目前除爐渣、泡沫水泥、聚苯乙烯泡沫板等，針對聚苯乙烯泡沫板成本高的情況，新疆研制出一種塑膜軟包裝膨脹珍珠巖保溫層制品，這種保溫制品成本低、保溫效果好。遼寧省東港灌區(qū)渠道襯砌采用苯板保溫措施，研究表明苯板可以明顯地減少凍脹量，減少工程投資，值得在北方凍脹區(qū)推廣應(yīng)用。

2.1.2 為減弱或避免渠基土的凍脹破壞力，采取渠基土的換填及加固處理措施

將風(fēng)積砂、砂礫石等弱凍脹性土置換渠基土，防止渠道的凍脹變形，同時降低渠道凍脹量，其換填厚度根據(jù)土壤類別、地下水水位埋深等因素確定。

2.1.3 為從根本上防止渠道水入滲，采取防滲排水措施

為從根本上防止渠道水和渠堤山的地表水入滲、隔斷水分對凍結(jié)層的補(bǔ)給，并且保證有良好的排水通道，采取防滲排水措施。為防止渠水滲漏，關(guān)鍵采用性能好的填縫材料充填襯砌體的縫隙。防滲排水體系一般包括永久排水系統(tǒng)、砂礫石（或粗砂）墊層（反濾系統(tǒng)）、隔水層。

2.1.4 為改變渠基土的化學(xué)性能，采用化學(xué)加固處理措施

檢驗渠基土的化學(xué)成分，測得離子的含量，可以考慮采用化學(xué)加固處理的方法，將氯化鈉、氯化鈣、三磷酸鈉等化學(xué)材料注入或埋入渠基土中，使土中的冰點(diǎn)降低或增強(qiáng)土的憎水性，從而在凍結(jié)時很少或不會發(fā)生水分遷移現(xiàn)象，從而減弱或消除凍脹。這種方法需要考慮渠基土本身的化學(xué)性質(zhì)，還要考慮加入化學(xué)試劑后產(chǎn)生的離子交換、對混凝土侵蝕性影響。

2.1.5 為增強(qiáng)渠道結(jié)構(gòu)的耐久性，采用具有防滲防凍的新材料

采用具有防滲防凍的新材料，比如聚丙烯（PP）纖維混凝土、納米改性混凝土，以提高襯砌體的抗破壞性能。

2.1.6采用適應(yīng)凍脹的柔性新材料—防滲毯

防滲毯不具備抵御凍脹的能力，但適應(yīng)凍脹能力強(qiáng)。防滲毯具有不宜被損壞，自我修復(fù)能力強(qiáng)。

2.1.7 采用生物工程技術(shù)創(chuàng)造良好環(huán)境

傳統(tǒng)的渠道襯砌僅從施工角度考慮，隨著新學(xué)科的出現(xiàn)，工程本身也應(yīng)注重生物技術(shù)在環(huán)境、氣候、溫度、水分等方發(fā)揮的作用。栽種柳樹等植物，可利用根須吸水蓄水，為渠道襯砌體提供較好的可調(diào)節(jié)氣候。

2.2 從增強(qiáng)渠道抗凍脹破壞力的角度

2.2.1 用鋼筋混凝土替代素混凝土

在渠道底部和岸坡1/3處彎矩較大而易發(fā)生凍脹破壞處，增設(shè)鋼筋以增強(qiáng)渠道剛性和整體性防止凍脹破壞。

2.2.2改變渠道斷面力學(xué)結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)凍土工程國家重點(diǎn)實驗室的研究結(jié)果，混凝土襯砌弧底梯形渠、弧形坡腳梯形渠、U形渠、復(fù)式斷面渠較梯形斷面具備良好受力特性，因而抗凍性能較好。

2.2.3 用新型高效耐久混凝土代替素混凝土

目前高性能和高強(qiáng)混凝土一般通過摻加各種摻合料以達(dá)到降低水膠比和滲透性的目的，這就造成混凝土的塑性收縮和干燥收縮現(xiàn)象加劇，彈性模量和強(qiáng)度增加的同時，但混凝土的塑性和延性降低使混凝土更易開裂而失去高抗?jié)B性。

2.2.4 采用大塊澆筑，特別在一些特殊渠段，更應(yīng)盡量大塊澆筑，增強(qiáng)整體性

需采用混凝土或鋼筋混凝土大型平板式進(jìn)行施工，但工程造價高，一次投入過大。

襯砌板與塑膜間的2cm土墊層，使得襯砌板下的最大靜摩擦系數(shù)減小，對襯砌板的穩(wěn)定不利。所以最好采用砂漿或其他能增加摩擦力的材料作為板的下墊層。

2.2.5坡基一定要夯實，特別對于填筑材料的新坡基

更應(yīng)做的到垂直方向?qū)訉訅簩嵑?，再修坡夯實。勾縫前一定要將混凝土板沖洗干凈，然后填滿充填材料，減少勾縫脫落，增大勾縫材料的極限拉應(yīng)變。

2.2.6分區(qū)研究， 分區(qū)選材，分區(qū)施工

以試驗、觀察、研究為基礎(chǔ)，建立不同的力學(xué)模型。對易產(chǎn)生凍脹破壞的地方可采取預(yù)應(yīng)力、噴錨支護(hù)等工程措施。對凍脹破壞的薄弱區(qū)，選擇復(fù)合材料、高分子材料、納米材料、聚合材料等。

3、結(jié)語與展望

渠道襯砌凍脹破壞是渠道破壞最主要的形式，解決凍脹破壞問題，應(yīng)采用多種方式相結(jié)合的工程措施，探索不同組合的最佳效應(yīng)。渠道凍脹研究的發(fā)展是多元化、機(jī)理化、系統(tǒng)化研究。對機(jī)理問題的探索，需要展開多元化、系統(tǒng)化論證，建立起水分、土壤、氣溫、地形、坡向、位置等多因素綜合作用的模型，進(jìn)行軟件模擬分析，現(xiàn)場試驗手段得出前瞻性研究結(jié)果，以更好地解決渠道凍脹破壞問題。

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第一作者簡介： 張海明，女，1997年02月15日生，山東省，本科， 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，水利土木工程 ，主修水利水電工程方向的學(xué)習(xí)。