摘要：2003年我院對某預制砼板防滲干渠的破壞情況進行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下。陽坡：基本無凍脹破壞問題，混凝土板基本完好，僅個別混凝土板因質(zhì)量差而產(chǎn)生斷裂酥散，水管處已將破損板替換維修。
關(guān)鍵詞：渠道防滲技術(shù)措施
2003年我院對某預制砼板防滲干渠的破壞情況進行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下。陽坡：基本無凍脹破壞問題，混凝土板基本完好，僅個別混凝土板因質(zhì)量差而產(chǎn)生斷裂酥散，水管處已將破損板替換維修。渠底：有輕微凍脹破壞問題，渠底基本平整，局部有凍脹隆起；因混凝土板因質(zhì)量差，而產(chǎn)生斷裂酥散的比例約30~50%陰坡：凍脹破壞問題較嚴重，現(xiàn)場勘察測量，有較明顯的凍脹隆起現(xiàn)象的渠段有5620m，局部段已影響到干渠運行穩(wěn)定，需改造重建。
我區(qū)屬寒冷地區(qū)，灌區(qū)內(nèi)部渠基土又多為凍脹土，地下水含鹽量又較高。所以在對渠道進行砼面板防滲設(shè)計中，如何有效避免渠道砼板的破壞問題，成了灌區(qū)節(jié)水改造是否成功的關(guān)鍵。結(jié)合本區(qū)實際，本文將對渠道砼面板產(chǎn)生坡壞的類型、原因及修復措施進行分析介紹，以期對以后的渠道防滲設(shè)計有所幫助。
1.渠道砼面板破壞的類型
通過對我區(qū)大量砼板雙防防滲渠道坡壞現(xiàn)象的分析，按其破壞狀態(tài)大致可分為以下兩種：一種是砼面板破裂，翹起，滑落，嚴重的渠道邊坡塌陷，在此類破壞過程中，砼本身的強度、抗凍、抗?jié)B等指標改變很小或沒有發(fā)生改變，僅是砼面板的整體結(jié)構(gòu)受到破壞，這種破壞我們稱之為凍脹破壞；另一種情況是砼面板表面受到侵蝕，主要是砼與土壤水中的酸類、鹽類等發(fā)生化學反應(yīng)，然后慢慢向由外向內(nèi)發(fā)展，最后板局部或整個砼板產(chǎn)生酥松，直到砼完全失去強度，我們稱之為渠道砼面板的侵蝕破壞。兩種破壞形式雖不相同，但最后都將導致渠道節(jié)水功能的下降。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大大降低，嚴重的會導致整個渠道喪失輸水功能。因此，在存在凍脹土的寒冷地區(qū)以及地下水對砼具有侵蝕性的地區(qū)，渠道防滲設(shè)計如果對以上問題考慮不足，勢必會影響到整個工程效益的發(fā)揮，從而造成國家財產(chǎn)的損失。
2.渠道砼面板破壞的原因
2.1渠道砼面板凍脹破壞的原因
渠道砼面板發(fā)生凍脹破壞的原因是渠基土發(fā)生凍脹，渠基土的凍脹與以下幾個因素有關(guān)：1）寒冷地區(qū)的氣溫是否長期低于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。以下針對這幾個因素做一論述。
2.1.1各因素間的相互關(guān)系
我們知道渠基土中含有土壤水，這些土壤水主要是由土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總的表面積有關(guān)。針對渠道砼面板基土來說，因為其多為夯實土，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，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，當氣溫長時間處于0℃以下時，基土中水份就會結(jié)冰，根據(jù)水在結(jié)冰時體積增大0.09倍的性質(zhì)，基土的體積也將增大，這將給其上的砼面板產(chǎn)生向上的推力，如果該力足夠大，將引起砼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，嚴重的將導致渠道邊坡塌陷。
2.1.2凍脹基土中的水份遷移原理
另外，因為在不同土顆粒表面吸附水之間存在著電位差，當氣溫長時間低于0℃時，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給源，基土凍結(jié)鋒面將會產(chǎn)生更為嚴重的凍脹。因為常規(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)，在此不再論述。
理論分析和工程實踐證明，粒徑大于0.1mm的基土因其所含水分較少，在其結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹力較小，不足以對砼板產(chǎn)生破壞；當基土粒徑在0.1mm～0.05mm之間時，破壞較大，而當粒徑在0.05mm～0.002mm時，基土凍脹破壞最強。按照土質(zhì)的分類，粘土的凍脹破壞最強，其次依次降低的是粉質(zhì)土、亞粘土和亞砂土。
3.對于預制砼防滲層的維修措施
對于混凝土防滲層的維修一般有以下幾種情況：
3.1現(xiàn)澆混凝土防滲層的裂縫修復
當混凝土防滲層發(fā)生裂縫后，如果防滲層仍大致平整，無較大錯位，裂縫較小的情況，可以運用過氯乙烯膠液涂料粘貼玻璃絲布的方法，進行修復。而對于裂縫較大者，可采用填筑伸縮縫的方法修復。對于大型渠道裂縫又較大的，可采用填塞與粘貼相結(jié)合的方法修復。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，保持表面平整光滑。
4.填好縫1-2天后，沿縫口兩邊涂刷5cm寬的過氯乙烯涂料一層，隨即沿縫口兩邊粘貼3-4cm寬玻璃絲布一層、再涂刷涂料一層、粘貼第二層玻璃絲布，最后涂刷一層涂料。在運用此方法中，要注意涂料要涂刷均勻，玻璃絲布要粘平，不能有氣泡。
3.2預制混凝土防滲層的修復
3.2.1混凝土防滲層砌筑縫的修復
預制混凝土渠道包括板和U型槽，其砌筑縫多采用水泥砂漿縫。砼板防滲渠道的砂漿填縫一般有以下缺點：1.砂漿強度1混凝土防滲層砌筑縫的修復
預制混凝土渠道包括板和U型槽，其砌筑縫多采用水泥砂漿縫。砼板防滲渠道的砂漿填縫一般有以下缺點：1.砂漿強度低；2.施工擠壓不實；3.不能與砼板緊密結(jié)合，勾縫的砂漿容易脫落，有的從勾縫中
中長出了雜草，甚至有些小型填方渠道襯砌完后，試放水發(fā)生垮渠等破壞情況，能保持完好的工程基本很少。造成放水垮渠原因，除了土方渠道質(zhì)量不好外。本人認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，建議對砼預制板改用方形或長方形，塊的大小應(yīng)便于施工為宜，厚度8~10cm為好，板縫留10cm~15cm用高標號砼填塞，人工機械都能施工，要求搗出漿與砼板能緊密結(jié)合，使襯砌段形成整體，基本達到現(xiàn)澆的質(zhì)量。對于舊渠防滲層砌筑縫的修復也可以這樣處理：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號的水泥砂漿填塞，搗平抹平后，保濕養(yǎng)護不得少于14天。
3.2.2混凝土防滲層表層的修復
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，有條件時可采用噴漿法修復。
（1）泥砂漿修復方法：首先必須全部除掉已損壞的混凝土，并對修補部位進行鑿毛處理，沖洗干凈，然后在工作面保持濕潤的狀態(tài)下，將拌和好的砂漿用木抹抹到修補部位，反復壓平，用鐵抹抹光后，保濕養(yǎng)護不少于14天。注意如果修補部位深度較大時，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砂漿強度。
（2）噴漿修復方法：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重，例如破碎、錯位，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，需涂一層厚2cm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。
3.3.2舊板不拆，加鋪新板：
現(xiàn)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)澆混凝土的厚度通過計算得出。此種方法的優(yōu)點是比較適合渠道現(xiàn)狀，較美觀。缺點：工期長，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)點是混凝土板可集中預制，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：混凝土板尺寸固定，難以適合渠道現(xiàn)狀尺寸。
4.工程實例
對于已建成并交付使用的渠道防止凍害是一個非常難的問題，再采取加深基礎(chǔ)，換砂等方法都不可行。采用保溫材料覆蓋如稻草等還要保證干燥、不被人為破壞、風刮走，要經(jīng)常維護，年復一年，很麻煩。采用聚苯板對受凍害渠道進行防凍壞處理，經(jīng)過實驗是可行的。兩種方案中的聚苯板的選擇為：1.要選擇重質(zhì)聚苯板，抗壓強度不得小于2kg/cm2。2.聚苯板得厚度選擇可以根據(jù)實際基礎(chǔ)埋深與規(guī)定最小埋深之差選定。一般為10：1，即：每10cm埋深差量選1cm厚保溫板。依據(jù)是：一般濕土的導熱系數(shù)為0.2~0.5w/mk，聚苯板的導熱系數(shù)為0.03~0.05w/mk。經(jīng)過多種方案比較決定采用舊板不拆，加鋪新板的方法修復渠道。
關(guān)鍵詞：渠道防滲技術(shù)措施
2003年我院對某預制砼板防滲干渠的破壞情況進行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下。陽坡：基本無凍脹破壞問題，混凝土板基本完好，僅個別混凝土板因質(zhì)量差而產(chǎn)生斷裂酥散，水管處已將破損板替換維修。渠底：有輕微凍脹破壞問題，渠底基本平整，局部有凍脹隆起；因混凝土板因質(zhì)量差，而產(chǎn)生斷裂酥散的比例約30~50%陰坡：凍脹破壞問題較嚴重，現(xiàn)場勘察測量，有較明顯的凍脹隆起現(xiàn)象的渠段有5620m，局部段已影響到干渠運行穩(wěn)定，需改造重建。
我區(qū)屬寒冷地區(qū)，灌區(qū)內(nèi)部渠基土又多為凍脹土，地下水含鹽量又較高。所以在對渠道進行砼面板防滲設(shè)計中，如何有效避免渠道砼板的破壞問題，成了灌區(qū)節(jié)水改造是否成功的關(guān)鍵。結(jié)合本區(qū)實際，本文將對渠道砼面板產(chǎn)生坡壞的類型、原因及修復措施進行分析介紹，以期對以后的渠道防滲設(shè)計有所幫助。
1.渠道砼面板破壞的類型
通過對我區(qū)大量砼板雙防防滲渠道坡壞現(xiàn)象的分析，按其破壞狀態(tài)大致可分為以下兩種：一種是砼面板破裂，翹起，滑落，嚴重的渠道邊坡塌陷，在此類破壞過程中，砼本身的強度、抗凍、抗?jié)B等指標改變很小或沒有發(fā)生改變，僅是砼面板的整體結(jié)構(gòu)受到破壞，這種破壞我們稱之為凍脹破壞；另一種情況是砼面板表面受到侵蝕，主要是砼與土壤水中的酸類、鹽類等發(fā)生化學反應(yīng)，然后慢慢向由外向內(nèi)發(fā)展，最后板局部或整個砼板產(chǎn)生酥松，直到砼完全失去強度，我們稱之為渠道砼面板的侵蝕破壞。兩種破壞形式雖不相同，但最后都將導致渠道節(jié)水功能的下降。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大大降低，嚴重的會導致整個渠道喪失輸水功能。因此，在存在凍脹土的寒冷地區(qū)以及地下水對砼具有侵蝕性的地區(qū)，渠道防滲設(shè)計如果對以上問題考慮不足，勢必會影響到整個工程效益的發(fā)揮，從而造成國家財產(chǎn)的損失。
2.渠道砼面板破壞的原因
2.1渠道砼面板凍脹破壞的原因
渠道砼面板發(fā)生凍脹破壞的原因是渠基土發(fā)生凍脹，渠基土的凍脹與以下幾個因素有關(guān)：1）寒冷地區(qū)的氣溫是否長期低于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。以下針對這幾個因素做一論述。
2.1.1各因素間的相互關(guān)系
我們知道渠基土中含有土壤水，這些土壤水主要是由土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總的表面積有關(guān)。針對渠道砼面板基土來說，因為其多為夯實土，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，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，當氣溫長時間處于0℃以下時，基土中水份就會結(jié)冰，根據(jù)水在結(jié)冰時體積增大0.09倍的性質(zhì)，基土的體積也將增大，這將給其上的砼面板產(chǎn)生向上的推力，如果該力足夠大，將引起砼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，嚴重的將導致渠道邊坡塌陷。
2.1.2凍脹基土中的水份遷移原理
另外，因為在不同土顆粒表面吸附水之間存在著電位差，當氣溫長時間低于0℃時，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給源，基土凍結(jié)鋒面將會產(chǎn)生更為嚴重的凍脹。因為常規(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)，在此不再論述。
理論分析和工程實踐證明，粒徑大于0.1mm的基土因其所含水分較少，在其結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹力較小，不足以對砼板產(chǎn)生破壞；當基土粒徑在0.1mm～0.05mm之間時，破壞較大，而當粒徑在0.05mm～0.002mm時，基土凍脹破壞最強。按照土質(zhì)的分類，粘土的凍脹破壞最強，其次依次降低的是粉質(zhì)土、亞粘土和亞砂土。
3.對于預制砼防滲層的維修措施
對于混凝土防滲層的維修一般有以下幾種情況：
3.1現(xiàn)澆混凝土防滲層的裂縫修復
當混凝土防滲層發(fā)生裂縫后，如果防滲層仍大致平整，無較大錯位，裂縫較小的情況，可以運用過氯乙烯膠液涂料粘貼玻璃絲布的方法，進行修復。而對于裂縫較大者，可采用填筑伸縮縫的方法修復。對于大型渠道裂縫又較大的，可采用填塞與粘貼相結(jié)合的方法修復。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，保持表面平整光滑。
4.填好縫1-2天后，沿縫口兩邊涂刷5cm寬的過氯乙烯涂料一層，隨即沿縫口兩邊粘貼3-4cm寬玻璃絲布一層、再涂刷涂料一層、粘貼第二層玻璃絲布，最后涂刷一層涂料。在運用此方法中，要注意涂料要涂刷均勻，玻璃絲布要粘平，不能有氣泡。
3.2預制混凝土防滲層的修復
3.2.1混凝土防滲層砌筑縫的修復
預制混凝土渠道包括板和U型槽，其砌筑縫多采用水泥砂漿縫。砼板防滲渠道的砂漿填縫一般有以下缺點：1.砂漿強度1混凝土防滲層砌筑縫的修復
預制混凝土渠道包括板和U型槽，其砌筑縫多采用水泥砂漿縫。砼板防滲渠道的砂漿填縫一般有以下缺點：1.砂漿強度低；2.施工擠壓不實；3.不能與砼板緊密結(jié)合，勾縫的砂漿容易脫落，有的從勾縫中
中長出了雜草，甚至有些小型填方渠道襯砌完后，試放水發(fā)生垮渠等破壞情況，能保持完好的工程基本很少。造成放水垮渠原因，除了土方渠道質(zhì)量不好外。本人認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，建議對砼預制板改用方形或長方形，塊的大小應(yīng)便于施工為宜，厚度8~10cm為好，板縫留10cm~15cm用高標號砼填塞，人工機械都能施工，要求搗出漿與砼板能緊密結(jié)合，使襯砌段形成整體，基本達到現(xiàn)澆的質(zhì)量。對于舊渠防滲層砌筑縫的修復也可以這樣處理：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號的水泥砂漿填塞，搗平抹平后，保濕養(yǎng)護不得少于14天。
3.2.2混凝土防滲層表層的修復
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，有條件時可采用噴漿法修復。
（1）泥砂漿修復方法：首先必須全部除掉已損壞的混凝土，并對修補部位進行鑿毛處理，沖洗干凈，然后在工作面保持濕潤的狀態(tài)下，將拌和好的砂漿用木抹抹到修補部位，反復壓平，用鐵抹抹光后，保濕養(yǎng)護不少于14天。注意如果修補部位深度較大時，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砂漿強度。
（2）噴漿修復方法：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重，例如破碎、錯位，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，需涂一層厚2cm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。
3.3.2舊板不拆，加鋪新板：
現(xiàn)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)澆混凝土的厚度通過計算得出。此種方法的優(yōu)點是比較適合渠道現(xiàn)狀，較美觀。缺點：工期長，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)點是混凝土板可集中預制，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：混凝土板尺寸固定，難以適合渠道現(xiàn)狀尺寸。
4.工程實例
對于已建成并交付使用的渠道防止凍害是一個非常難的問題，再采取加深基礎(chǔ)，換砂等方法都不可行。采用保溫材料覆蓋如稻草等還要保證干燥、不被人為破壞、風刮走，要經(jīng)常維護，年復一年，很麻煩。采用聚苯板對受凍害渠道進行防凍壞處理，經(jīng)過實驗是可行的。兩種方案中的聚苯板的選擇為：1.要選擇重質(zhì)聚苯板，抗壓強度不得小于2kg/cm2。2.聚苯板得厚度選擇可以根據(jù)實際基礎(chǔ)埋深與規(guī)定最小埋深之差選定。一般為10：1，即：每10cm埋深差量選1cm厚保溫板。依據(jù)是：一般濕土的導熱系數(shù)為0.2~0.5w/mk，聚苯板的導熱系數(shù)為0.03~0.05w/mk。經(jīng)過多種方案比較決定采用舊板不拆，加鋪新板的方法修復渠道。
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