渠道混凝土凍脹破壞的原因及防治措施研究

王淑芹 遼寧省朝陽市喀左縣水利局

混凝土渠道凍脹破壞一般是在我國北方地區發生，主要由于溫度過低，渠道混凝土結構中滲水結冰，進而使得渠道被破壞。為此本文對混凝土渠道凍脹破壞以及防治措施展開詳細的分析。

1.渠道混凝土凍脹破壞原因分析

1.1 凍融破壞

混凝土板是薄板結構，板厚度為6到15cm，主要是由水泥、水、砂石以及外加劑等共同膠結構成。因為混凝土水化反應時，結構內部會有細小的縫隙，同時砂石等材料自身具備一定吸水作用，再加上渠道混凝土板長期在有水環境使用，所以在冬天零下溫度的條件下，混凝土渠道板內部空隙中存在的水會出現結冰現象，因為水結冰體積會增大0.09倍，所以發生膨脹的現象。水成冰導致的體積膨脹，在超出混凝土極限作用力下，混凝土會發生裂縫現象。而在凍住、融化這樣的反復循環中，也會導致裂縫問題發生。這兩種現象時凍融破壞情況發生的主因。

1.2 渠道內水結冰破壞

寒冷地區冬季渠道多是在徑流式水電站引水中應用，應用方式為輸冰運行。在冬季持續降溫的情況下，水中浮冰會在彎道處進行堆積，一般是因為水流速降低發生的積累現象。自渠邊開始浮冰積累，之后則會不斷想渠道中心位置進行發展。浮冰從上有不斷向著下游進行運送，彎道位置浮冰積累現象最為嚴重，會對渠道兩邊混凝土板造成壓力和推理，進而使整體中的襯砌結構發生斷裂，最后出現位移、造成破壞。

1.3 渠基土凍融破壞

①混凝土板裂縫及鼓脹現象。在寒冷的冬季條件下，混凝土板與渠床基土會在凍結作用下成為整體，在此情況下則會受到較多作用力影響，比如混凝土的收縮作用、凍結作用、凍脹作用等，這些作用比混凝土板的低溫狀態可承受極限壓力更大的情況下，混凝土板容易發生裂縫及鼓脹情況，導致渠基土含水量有所增加，連年凍融效果下，裂縫問題會一年比一年更大，在寬度上增大的極為明顯；②架空隆起。在渠道中，地下水位比較高的渠段，會因為地下水與基土的距離比較小，導致凍脹量更大。渠頂基土較之地下水位更遠的情況下，發生的凍脹量相對更小，所以會導致混凝土襯砌板出現隆起和架空問題。通常情況下，坡腳及邊坡位置上方坡長更容易發生，在渠底的中部也可能出現此類情況；③邊坡板發生滑塌。發生此類情況的主要原因有兩種原因，一種是混凝土板應為凍脹效果出現架空和隆起的現象，所以使得坡腳支撐發生了損壞，平衡被打破的情況下，墊層基土出現了融化現象，混凝土板結構中上部板塊發生的互相穿插及錯位滑移等情況，導致了邊坡板發生了滑塌現象。另一種是渠道基土在融化時出現了大面積滑坡的現象，渠坡因此發生了滑塌，進而使坡腳混凝土被推開，混凝土板結構中的上部板塊因此發生了滑塌，進而導致邊坡板滑塌的問題出現；④抬高渠道結構。在渠道的基土中，出現凍脹現象是均勻一致的，在小型的渠道中，若是襯砌結構完整，會因為寒冷季節的到來使得襯砌結構被渠基土凍脹抬高。在基土發生融化的過程中雖然是一致的，但是因為基土土體的差異，沉降的發生卻不是均勻的，進而導致了襯砌結構發生裂縫新鄉，若是渠道通水，裂縫中灌水還會造成渠基破壞，進而導致襯砌結構發生了錯位以及塌陷和變形等問題，最終導致了襯砌斷面凍融破壞情況的發生。

2.渠道混凝土凍脹破壞的處理工藝

2.1 回避凍脹處理法

在進行渠線的選擇過程中，要盡量使淤泥沼澤、松軟土層、黏性土壤、地下水位高等位置避免，而要選擇地形高、地下水位埋藏深、透水性強的位置。如果必須選擇地下水位較高的位置，則要盡量選擇填方渠道的形式，以此渠道底部的凍結層，能夠位于地下毛管水補給高度層上方，同時也要積極應用架空和管道等機構，以此來避免與凍脹土發生直接接觸，進而避免凍脹的影響。

2.2 適應凍脹處理法

為了適應凍脹導致的變形情況，對剛性襯砌斷面縱橫縫的伸縮縫、間距進行調整，同時對縫間填充材料進行調整，以此達成消減凍脹導致變形的情況。現澆形式的混凝土板，在橫縫間距上通常設置為2至4m，縱縫間距則通常為1到3m，縫寬通常為2到3m，縫間填充常用材料，一般為焦油塑料膠泥、聚氨酯、瀝青砂漿等。

2.3 消減凍脹處理法

①置換消減。置換消減就是將渠基凍結中的凍脹土置換成非凍脹土，以此達成消減凍脹的目的。可以按照渠基土設計的襯砌厚度、置換比、凍深，對非凍脹土換填厚度進行計算確認。一般選擇換填材料為風積沙、中粗砂、砂卵礫石等，對于換填材料，粒徑在0.075mm成分不能占總體10%以上。粒徑更大的材料在透水性上更為良好，同時避免下層水向表層遷移，進而發生表層凍結的情況，以此能夠使得凍脹情況減少，避免凍害問題發生。②隔熱保濕消減。該方法是在混凝土襯砌體的背后進行隔熱保濕材料的布設，以此使得寒冷條件減輕，同時也能減小換填地層厚度，將下層土水分補給渠道進行隔斷，最終來對渠床凍脹和凍深問題進行消除。③壓實干密度消減。采用強夯方式，來使得土層粘土干密度得到提升，土體滲透性降低，避免水分發生聚焦、遷移的方式，最終達成凍脹消減甚至消除的效果。

3.渠道混凝土凍脹破壞防治處理要點

3.1 渠基上抬高度提升

渠基進行開挖時，間隔50到100m 的情況進行長度為3m的滲水井開挖，且要通道砂礫石層，同時井內進行10cm卵石的鋪設，卵石上方需要進行一層墊層的鋪設，使地下水經過滲水井后再次的回到地下，以此能夠實現凍脹防治的效果。此外，渠基土質為黏土，同時在土層較薄的情況下，需要將渠斷面通至砂礫十層，渠底及邊坡位置需要進行砂礫石墊的鋪設，保證渠基滲漏水流至砂礫石層，渠基土的含水量會因此降低，實現凍脹預防的效果。

3.2 渠堤密實度提升

首先在進行建設施工的過程中，人員要按照質量標準與工程要求，進行混凝土水灰比控制，適當進行混凝土抗滲及強度調整，水泥水化反應會消耗掉一定程度的水分，而消耗的水分多少對于混凝土和易性有著直接影響，水化熱反應之后混凝土結構會出現毛細孔，使混凝土滲透性加強。混凝土漿液的配置過程中，人員在保證混凝土強度的前提下，盡量減小水化熱反應程度，以此使水分蒸發量減小，進而減小混凝土結構孔隙率，渠堤密度由此提升，削減混凝土凍脹破壞程度。其次在施工工藝上，混凝土防滲渠道斷面設計與襯砌方式要達成抗凍張要求，重視渠道自身抗凍性。

3.3 渠道施工質量強化

有關管理人員要加強渠道日常維護及管理工作，定期對混凝土渠道使用狀況進行檢查，同時做好檢查記錄，若是發現問題要及時進行維修養護作用，對渠道凍脹破壞程度進行有效控制，進而使混凝土防滲渠道運行狀況保持良好，有穩定的使用性能。

4.結束語

在我國水利工程中應用渠道這一水流通道形式較為多，不過渠道多為混凝土材料制作而成，在使用中容易受到環境影響，尤其是溫度過低的情況下發生的凍脹現象。本文對混凝土渠道凍脹問題的發生原因及處理措施進行了分析，能夠為寒冷地區、季節應用混凝土渠道提供借鑒。