混凝土渠道防渗冻害的成因及防治措施

许庆祯　孙　波

混凝土渠道防渗就是用混凝土砌筑渠道，减少或防止水的渗漏损失。混凝土与渠道防渗具有一次性投资比较大、防渗效果好、运行安全的特点。

1混凝土渠道防渗冻害的原因分析

混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的。这些材料具有一定的吸水性，又长期处在水环境中，因此材料内部总是含有一定的水分，这些水分在负温条件下，冻结成冰，体积会发生膨胀。当这种膨胀作用引起的应力超过混凝土强度时，就会产生裂缝并增加吸水性，使混凝土在第二个负温周期中，结冰膨胀的作用更加强烈，经过多次冻胀、融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土的冻融破坏。破坏轻微的使混凝土表面的砂浆层剥蚀，严重的使混凝土冻酥。

混凝土(预制混凝土板)属于刚性材料，具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，适应拉伸变形或不均匀变形的能力较差。在冻胀力或热应力的作用下，容易破坏，其破坏形式可归纳如下。

1.1鼓胀及裂缝

a.在冬季，混凝土板与渠床基土冻结成一个整体，承受着冻结力、冻胀力，以及混凝土板本身收缩产生的拉应力等。当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应力时，板体就发生破坏。

b.混凝土渠道防渗的冻胀裂缝，多出现在尺寸较大的现浇混凝土板顺水方向，缝位一般在渠坡坡脚以上1/4～3/4坡长范围内和渠底中部。当冬季渠道积水或运行时，一般出现在水面附近的渠坡上。

c.当混凝土板块尺寸过大、不能适应温度收缩变形时，将由于温度应力造成纵向或横向裂缝。当缝间止水材料不能适应低温变形时，将在分缝处开裂。

d.此外，当混凝土板与基土冻结在一起后，由于冻土出现冻胀裂缝，混凝土板亦可能因此而被拉裂。冬季，在渠内存水结成较厚冰层的情况下，冰面附近渠坡含水较高，水分补给充分，冻胀量较大。但混凝土板的冻胀上抬受到冰层一侧的限制，因而可能在冰缘处受弯出现裂缝或折断。

冻胀裂缝宽度与基土的冻胀性及其不均匀程度有关。基土冻胀性弱，裂缝小，基土冻胀性强，裂缝宽，而且将发展成其他形式更严重的破坏。温度裂缝和拉裂缝一般比较小，但这些裂缝，往往都与基土的冻胀同时发生，因而缝宽亦随之扩大，特别是其中的纵向裂缝常常成为冻胀缝。

f.不论上述哪种形式的裂缝，一旦出现，就难于或不可能在基土融化时完全复原。甚至由于裂缝块间相互挤顶而留下宽缝或局部挤碎。裂缝的出现，不但造成渠道漏水，而且由于泥沙通过裂缝被带入板下，污染垫层，加剧土的冻胀。在逐年冻融循环作用下，裂缝宽度和冻胀累积发展，导致混凝土碾破坏愈来愈严重。

1.2架空隆起

在地下水位较高的渠段，渠床基土距地下水近，冻胀重大，而渠顶冻胀小，造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。这种现象，一般出现在坡脚或水面以上0.5m坡长处和渠底中部。

1.3滑塌

渠道衬砌的冻融滑塌有两种形式：其一由于冻胀引起混凝土板隆起架空，使得坡脚支承受到破坏，混凝土板垫层失去稳定平衡，因而基土融化时，上部混凝土板块顺坡向下滑移、错位、互相穿插、迭叠。其二渠坡基土融化期的大面积滑坡，使渠坡滑塌，导致坡脚混凝土板被推开，上部混凝土板塌落下滑。

2混凝土渠道防渗防治冻害的措施

混凝土渠道防渗是否产生冻胀破坏，其破坏程度如何，取决于基土冻结时水分迁移和冻胀作用。而这些作用又和当时当地的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。若采取措施消除或改善其中一个因素，就有可能防止混凝土的冻胀破坏。但是，混凝土渠道防渗多处于粘质土壤上，渠水易于补给基土，混凝土板体重量轻，抗冻胀能力弱，某些渠段无法避免自然和人为的不利条件，易于遭受冻害。实际上，采取单一措施是难以达到不冻胀目的的。实践证明，防治混凝土渠道的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程具体条件采取综合措施。

2.1避免冻胀

避免冻胀是在混凝土渠道防渗工程的规划设计中，注意避开出现较大冻胀量的自然条件，或者在冻胀性土区，注意避开冻胀对渠道混凝土的作用。

a.尽可能避开粘质土壤、松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段，选择透水性较强的不易产生冻胀或地下水位埋藏较深的地段。将混凝土渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。

b.尽可能采用填方渠道。

c.渠线选择在地形较高的脊梁地带。

d.有渗水和地面回归水入渠的渠段，尽量有排水设施。

e.规划布置林带，多种柳树，因柳树根须发达，可以改善渠床基土环境，有利于防冻害。

2.2削减冻胀

渠床基土在冻胀消融的反复作用下，产生冻胀累积或变形情况时，可采用适宜的削减冻胀的措施，将基土的最大冻胀量削减到混凝土结构允许变位的范围内。

a。换填法。在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀性材料如碎石、砂砾。碎石、砂砾垫层本身，不会产生冻胀，而且能排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区迁移。所以换填垫层能有效地减少冻胀，防止冻害现象的发生。

b.隔热保温。将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，减轻或消除寒冷，并可减少换填垫层深度，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。