水利工程中襯砌渠道滲透問題及改善措施

丁進軍

(新疆兵團農十四師224團,新疆和田 848116)

1 引言

當前,越來越多的水利工程渠道均采用現澆襯砌渠道,這種處理措施使得渠道的防滲效果增強、使用壽命加長,同時該措施施工質量便于控制、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,在實際工程運行過程中,存在較多不利因素對襯砌渠道造成破壞,導致渠道滲透問題,嚴重影響了渠道的正常運行。

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力的不均勻分布,而引發渠道襯砌混凝土面板被破壞導致渠道滲透。造成凍脹應力的不均勻分布的因素有以下幾個方面。

(1)持續負溫環境。在某些北方寒冷地區,冬季輸水停止后,混凝土板下基土處于飽和狀態,經過冬季低溫冷凍后,土壤中自由水結冰導致基礎體積膨脹,混凝土底板被抬起;當氣溫升高時土壤水中的冰融化,體積減小混凝土板也隨之下降;再遇低溫土壤水再次結冰,再次膨脹推動混凝土板鼓起,如此反復,當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,混凝土板開始脫離板縫下滑,從而造成襯砌板破壞。

(2)渠道基床土屬于凍脹性土壤。土在凍結狀態時,基床有較高的承載力和較小的壓縮性,甚至無壓縮性,但凍融后承載力大大減弱,壓縮性增高,導致基床產生不均勻變形,渠道混凝土襯砌結構板將可能被破壞而引發渠道滲透問題。

(3)土壤中存在通暢的水分補給通道。土壤中自由水和毛細水的存在是凍脹發生的先決條件,當土體中自由水和毛細水的補給充足時,一旦氣溫下降至零度以下,土體中的自由水和毛細水的體積受凍膨脹,引起土體膨脹,頂托襯砌,破壞渠道。

2.2 地下水反滲破壞

渠道發生反滲破壞的主要原因是土壤內摩擦角發生變化使得渠道混凝土板與土壤的附著力大大減小,混凝土板發生嚴重變形或隆起,導致整個渠道襯砌板大面積坍塌,渠坡土壤流失嚴重。反滲發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,當渠道正常輸水運行,渠內水位高,流量大,渠道短時間內不會發生破壞;但當渠道停止放水,渠道水泄空后,水位急劇下降,此時,土壤兩側地下水位差較大,使得側水壓力加大,若渠道未設置截滲溝,則土壤的水分開始通過混凝土板向渠道反滲,渠道底部排水孔排水不暢,不能及時排出的水必然會對混凝土板產生一定的壓力,從而導致混凝土板發生位移或破壞,引起嚴重的渠道滲透問題。

2.3 襯砌渠道施工質量問題

2.3.1 地基處理不當引發襯砌滲透

不同類型的土壤具有的特殊性質將對襯砌渠道帶來不同程度的破壞,例如,對于濕陷性黃土來說,其受水浸濕后土壤結構迅速破壞而發生顯著下沉的特性,將會直接影響渠道的使用壽命;由砂壤土、粉細砂、中砂等組成地基土,當發生地震時,飽和的砂土極易產生液化而導致地基失穩;凍脹土的凍結作用帶來的影響是,一方面由于凍結作用,產生凍結力使土壤顆粒牢固地黏結在一起,在凍結層里的膠結冰和分凝冰與土壤顆粒相互排列形成各種凍土構造,將導致基土整體滑移破壞;另一方面由于凍脹土中水的凍結融化給基土帶來不均勻的凍脹應力,導致混凝土襯砌結構破壞而造成滲透問題;而對于鹽漬土來說,土壤含鹽量的增高,將導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,使混凝土板長期處于含鹽量較高的環境,混凝土受到嚴重的侵蝕作用,從而使得混凝土板強度降低,最終將導致混凝土板發生破壞。因此,渠道地基處理時要針對不同類型的土壤采用不同的地基處理方法,若沒有嚴格按照不同類型土壤地基處理方法及地基處理相關規范施工,則必然會給渠道防滲混凝土襯砌工程帶來隱患,從而使渠道工程襯砌發生不同方位的沉陷位移,導致渠道襯砌工程出現滲漏,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量控制不當引發的問題

襯砌渠道工程施工質量控制不當一般體現為施工方法和現場操作不規范,包括以下幾個方面。

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

(2)襯砌結構模板拼接不嚴密,偏差較大。不嚴格執行相關規范要求,盲目追求施工進度,過早拆除模型,拆模后不進行有效的養生而導致混凝土板開裂,引起滲透問題。

(3)混凝土水灰比與設計不符,攪拌不均勻,振搗不足,混凝土各組成材料材質不能滿足設計要求等,造成混凝土質量不佳而引起混凝土開裂滲透。

(4)混凝土養護條件不足,使得混凝土強度不足以承擔循環、高頻率的水壓力,造成混凝土破壞。

2.3.3 防滲技術不當引發的滲透問題

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;節省占地,減少工程費用和維修管理費用等。

常見的渠道防滲技術中采用的防滲結構或材料有土料防滲、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。在這些防滲技術中有存在的一些技術缺陷很容易造成渠道輸水滲漏損失。比如材料配合比不當、施工技術及組織措施不合理、土工合成膜鋪設方式不恰當等問題都會引起渠道襯砌結構的破壞而造成嚴重的渠道滲透問題。

3 針對襯砌渠道滲透問題提出的改善措施

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防治渠道基土的凍脹問題,保證了渠基土不受負溫的影響;通過改變渠道結構型式來實現,用U形或矩形斷面來代替梯形斷面;進行渠基土的換填,用大顆粒的土體替換原來的細顆粒土體,防止凍脹土壤對渠道襯砌混凝土板的凍脹應力影響。各種不同的防凍脹處理方法都有其不同的使用范圍,只有針對不同工程地質條件,采用適宜的方法來處理凍脹問題才可以從根本上解決凍脹問題帶來的襯砌渠道滲透。

3.2 改善反滲破壞的措施

針對雨水垂直下滲采取的防范措施主要有優化結構型式、加強級配設計、使用性能良好的材料、控制施工工藝以及加強檢測手段等方法,以此控制因雨水下滲對渠道襯砌結構的破壞。針對地下水反滲,一般在渠道槽內埋設縱橫向排水滲溝,在槽頂面和基層之間增設級配碎石反滲層,通過級配碎石反滲層進入橫向排水滲溝內的排水管中,通過橫向排水管進入縱向排水管而排出基礎外。

3.3 襯砌渠道施工質量控制方法

3.3.1 渠道地基處理

對于軟土地基可以采取排水、拋塊石、放緩開挖邊坡、坡腳打樁等措施來提高地基承載力,達到渠道工程設計要求;對于砂壤土、粉細砂、中砂土壤地基的施工,最主要是選擇無濕陷性的填料進行填筑,同時在填筑碾壓時要嚴格控制鋪土厚度、含水量及碾壓遍數,這樣才能避免基地砂土液化流失引起的基底失穩問題。在地基處理中必須針對不同地基土壤類型采用不同地基處理方法才可以避免地基失穩引起的襯砌渠道滲透問題。

3.3.2 避免襯砌混凝土結構板開裂的方法

實際施工過程中由于各種原因造成的混凝土開裂比較普遍,輕者反映為裂紋和細微裂縫,經修補對使用功能沒有大的影響;重者造成大的裂縫甚至襯砌結構移位,這將直接影響襯砌結構的使用甚至造成安全事故。避免襯砌混凝土結構板開裂的方法包括以下幾點。

(1)仔細清理基底浮渣,并用清水沖洗干凈。對于有仰拱填充的襯砌,嚴格控制和確保仰拱尺寸、厚度,拱墻襯砌時一定要對與仰拱的接觸面進行鑿毛清理。

(2)同步進行斷面檢測,確保開挖輪廓符合設計要求。

(3)嚴格控制模型加工質量,確保模板平穩度。

(4)嚴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,加強振搗,確保混凝土灌注密實。

(6)確保混凝土養護條件符合相關規范設計要求。

3.3.3 采用正確的防滲技術

針對不同工程地質條件采用不同的防滲技術,利用合理的防滲結構或材料來達到襯砌渠道的防滲要求,保證渠道的正常運行。

(1)土料防滲就是將渠基土夯實或者在渠床表面鋪筑一層夯實的土料防滲層,包括壓實素土、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,適用于氣候溫和、地區流速較小的中型、小型渠道。施工時必須掌握好削坡清淤、配料、拌和、鋪料、錘實和養護等各個環節,也可在土料中添加固化劑增強渠道防滲性。

(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。適用于溫和地區,且附近有砂土和砂壤土而缺乏砂石料的渠道。水泥土鋪筑時應做到配料準確、攪拌均勻、攤鋪平整、澆搗密實。

(3)混凝土襯砌渠道具有防滲抗沖效果好,輸水能力大,經久耐用,便于管理等特點。因而適用于各種地形、氣候和運行條件的大型、中型、小型渠道,附近應有骨料來源。混凝土襯砌施工技術采用噴射混凝土以及對塑料養護劑的應用,現澆完畢后應及時收面,及時養護。混凝土預制板初凝后即可拆模;安砌應平穩堅固;砌縫應用水泥砂漿填滿、壓平、抹光。

(4)膜料防滲是用塑料薄膜或瀝青玻璃纖維布油氈或復合類膜料做防滲層,其上設保護層的防滲方法。膜料防滲性能好,適應變形能力強,尤其適用于凍脹性較為嚴重的寒冷地區。膜料防滲的核心工序在于保持膜層的完整和保護邊坡的穩定。

(5)瀝青混凝土襯砌屬于柔性結構,其防滲能力強,適應變形性好,造價與混凝土相近,適用于凍害地區,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、碾壓遍數等工藝參數。

4 結語

本文結合實際中出現的各種襯砌渠道滲透問題,以現今普遍采用的襯砌渠道施工方法為重點,對普遍存在的滲透問題提出了針對性的改善措施,在襯砌渠道施工及運行中應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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