灌区渠道混凝土破坏现状及成因分析

廉 纳

(山西省运城市盐湖区水务局，山西 运城 044000)

1 灌区渠道状况

某灌区位于我国北方寒冷地区，一、二、三干渠节水改造工程位于灌区内，属灌区场内渠道，三条渠道分别自同一渠48 km、55 km、66 km节制闸左岸引水，是该灌区的三条最主要的输水大动脉。渠道建于1956年，经过多年运行，渗漏严重，渠道水利用系数低，为减少水量损失，于2005-2007年对其进行了防渗改建。灌区一、二、三干渠渠道设计流量分别为4.91 m3/s 、4.68 m3/s、5.43 m3/s，渠道长度分别为12.1 km、11.3 km、11.9 km。一干渠于2005年9月开工，当年11月完工。二、三干渠于2006年7月开工，2007年5月完工，其中，三干渠0+000—3+431段于2006年10月底完工，并于2006年11月初通水运行；3+431—11+900段于2007年5月底通水运行。

2 灌区渠道破坏现状

近年来，灌区三干渠0+400—1+800渠段渠底现浇砼表面出现大面积剥蚀现象，另外1+300和3+431闸枢纽闸前铺盖现浇砼表面也有相同的剥蚀现象。该渠段表面损坏的板块共计550块，但连接渠底和边坡的圆弧坡脚的砼板表面基本完好。除渠底外，部分圆弧坡脚处现浇砼表面也出现大面积剥蚀现象，同时发现有个别砼隔墙表面也出现剥蚀现象，表面剥蚀的隔墙4道，另外约有35块边坡板下部出现表面剥蚀现象。

3 破坏原因分析

通过检测数据可知，渠道混凝土试块抗压强度均满足设计要求。，施工过程中渠道现浇砼均按照配合比进行拌料，浇筑过程也基本符合施工规范要求。渠道现浇砼板平整，砼板分缝处以及砼板与隔墙连接部位，没有明显的沉陷、错缝等变形现象，说明渠道土方填筑质量良好。而渠道现浇砼表面剥蚀由底板向圆弧坡脚板，而后又有向下边板底部发展的趋势，说明是由于某个特殊的原因造成的。

3.1 地下水的侵蚀作用

最初设计三干渠渠道全线均为塑膜、砼板双防的结构形式，施工过程中发现渠段上游地下水位较高，尤其是渠道前400 m渠段，最高地下水位高出设计渠底0.6m左右，于是修改设计，将渠道桩号0+000—0+400渠段改为只采用干砌块石防冲的梯形断面结构形式。

据了解渠道冬季停水期间，进水闸关闭，但因为地下水位较高，三干渠0+000—0+400渠段有地下水渗出，而后顺流而下，使0+400—3+431渠段渠底积水，并在冬季有结冰现象。

2007年9月26日现场调查时，渠道上游附近约20 m处排渠中有少量地下水出露，取样观察水质透明略微混浊，口感苦涩。送至农一师设计院化验室经过简分析，水的矿化度达到18.156 g/L，为高矿化水，成分主要为含SO42-、Cl-的K+、Na+、Mg2+盐。

高矿化水本身就能降低砼的强度，并促使砼表面分化。另由表中可见，该地下水中硫酸钠(Na2SO4)的含量很高(约8-9 g/L)。一般情况下，硫酸钠的溶解度随着温度的升高而逐渐增大，但硫酸钠的溶解度较小，初冬气温渐渐下降，随着温度下降到一定数值后，硫酸钠因为溶解度小，最早达到“饱和”状态，因而首先析出吸水结晶形成芒硝，芒硝结晶时体积膨胀。化学方程如下：

Na2SO4+10H2O → Na2SO4·10H2O

根据有关资料，硫酸钠吸水结晶成为芒硝以后，它自身的体积比原来膨胀4.4倍。

所以，当冬灌结束渠道停水后，因三干渠0+000—0+400段有高矿化度的地下水渗出，使0+400—3+431渠底积水，并慢慢渗入渠底砼表层。在温度降低时，渗入砼表层的硫酸钠溶液便析出结晶形成芒硝，体积膨胀过程中使砼表层的灰浆松动，由于昼夜温差不断循环变化，硫酸钠也在固态、液态之间转换，促使砼板灰浆由表及里地逐步松动，表层失去强度。这一变化过程是砼板表层剥蚀的主要原因。

3.2 冬季冻融循环，加快了砼表面的破坏

灌区所在地区冬季较为寒冷，渠道砼板的抗冻等级为F150，在冻结初期和末期，渠底积水反复冻融。设计上能够满足当地的抗冻要求，但在温差较大的该灌区，即使冬季中午温度也较高，再加上正午时分日照强烈，无形中增加了冻融循环的次数。

3.3 灌溉期砂砾石冲刷严重

该段渠道设计流速1.2 m/s，水深1.1～1.0 m，而其下段渠道设计流速0.97 m/s，水深0.88 m。流速大的渠道水流挟沙能力较强，因而在渠道上段理论上应该没有淤积。实际运行情况正是如此，在桩号3+431闸枢纽前基本没有淤沙，而其下段明显有淤沙堆积，并且多是粗砂和细砾石，零星还有卵石存在。而实际上渠道上下段的设计流速相差又不大(不到10%)，可以初步推测上段流速不足以使挟带的细砾石和卵石悬浮在水中，而是在渠底做滚动推移运动。细砾石和卵石在渠底滚动推移，不断的摩擦冲撞渠底，并带走砼表面经过侵蚀、冻融而松动的灰浆，造成砼表面粗骨料外露。

4 结语

综合分析，砼表面损坏的原因是：初冬经过盐水浸没，砼板表面灰浆松动；而后在冻融循环作用下，砼表面破坏进一步加剧；灌溉期灌溉水夹杂砂砾石在渠底摩擦冲撞，将表面强度破坏的砼细颗粒带走，造成砼表面剥蚀破坏。但从圆弧坡脚板破坏现象看，破坏面正在扩大。如果不进行处理，渠道砼板将进一步破坏。为减少损失，必须采取有力措施，遏制破坏面的发展。

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