渠道混凝土冻胀破坏的原因及防治措施研究

王淑芹 辽宁省朝阳市喀左县水利局

混凝土渠道冻胀破坏一般是在我国北方地区发生，主要由于温度过低，渠道混凝土结构中渗水结冰，进而使得渠道被破坏。为此本文对混凝土渠道冻胀破坏以及防治措施展开详细的分析。

1.渠道混凝土冻胀破坏原因分析

1.1 冻融破坏

混凝土板是薄板结构，板厚度为6到15cm，主要是由水泥、水、砂石以及外加剂等共同胶结构成。因为混凝土水化反应时，结构内部会有细小的缝隙，同时砂石等材料自身具备一定吸水作用，再加上渠道混凝土板长期在有水环境使用，所以在冬天零下温度的条件下，混凝土渠道板内部空隙中存在的水会出现结冰现象，因为水结冰体积会增大0.09倍，所以发生膨胀的现象。水成冰导致的体积膨胀，在超出混凝土极限作用力下，混凝土会发生裂缝现象。而在冻住、融化这样的反复循环中，也会导致裂缝问题发生。这两种现象时冻融破坏情况发生的主因。

1.2 渠道内水结冰破坏

寒冷地区冬季渠道多是在径流式水电站引水中应用，应用方式为输冰运行。在冬季持续降温的情况下，水中浮冰会在弯道处进行堆积，一般是因为水流速降低发生的积累现象。自渠边开始浮冰积累，之后则会不断想渠道中心位置进行发展。浮冰从上有不断向着下游进行运送，弯道位置浮冰积累现象最为严重，会对渠道两边混凝土板造成压力和推理，进而使整体中的衬砌结构发生断裂，最后出现位移、造成破坏。

1.3 渠基土冻融破坏

①混凝土板裂缝及鼓胀现象。在寒冷的冬季条件下，混凝土板与渠床基土会在冻结作用下成为整体，在此情况下则会受到较多作用力影响，比如混凝土的收缩作用、冻结作用、冻胀作用等，这些作用比混凝土板的低温状态可承受极限压力更大的情况下，混凝土板容易发生裂缝及鼓胀情况，导致渠基土含水量有所增加，连年冻融效果下，裂缝问题会一年比一年更大，在宽度上增大的极为明显；②架空隆起。在渠道中，地下水位比较高的渠段，会因为地下水与基土的距离比较小，导致冻胀量更大。渠顶基土较之地下水位更远的情况下，发生的冻胀量相对更小，所以会导致混凝土衬砌板出现隆起和架空问题。通常情况下，坡脚及边坡位置上方坡长更容易发生，在渠底的中部也可能出现此类情况；③边坡板发生滑塌。发生此类情况的主要原因有两种原因，一种是混凝土板应为冻胀效果出现架空和隆起的现象，所以使得坡脚支撑发生了损坏，平衡被打破的情况下，垫层基土出现了融化现象，混凝土板结构中上部板块发生的互相穿插及错位滑移等情况，导致了边坡板发生了滑塌现象。另一种是渠道基土在融化时出现了大面积滑坡的现象，渠坡因此发生了滑塌，进而使坡脚混凝土被推开，混凝土板结构中的上部板块因此发生了滑塌，进而导致边坡板滑塌的问题出现；④抬高渠道结构。在渠道的基土中，出现冻胀现象是均匀一致的，在小型的渠道中，若是衬砌结构完整，会因为寒冷季节的到来使得衬砌结构被渠基土冻胀抬高。在基土发生融化的过程中虽然是一致的，但是因为基土土体的差异，沉降的发生却不是均匀的，进而导致了衬砌结构发生裂缝新乡，若是渠道通水，裂缝中灌水还会造成渠基破坏，进而导致衬砌结构发生了错位以及塌陷和变形等问题，最终导致了衬砌断面冻融破坏情况的发生。

2.渠道混凝土冻胀破坏的处理工艺

2.1 回避冻胀处理法

在进行渠线的选择过程中，要尽量使淤泥沼泽、松软土层、黏性土壤、地下水位高等位置避免，而要选择地形高、地下水位埋藏深、透水性强的位置。如果必须选择地下水位较高的位置，则要尽量选择填方渠道的形式，以此渠道底部的冻结层，能够位于地下毛管水补给高度层上方，同时也要积极应用架空和管道等机构，以此来避免与冻胀土发生直接接触，进而避免冻胀的影响。

2.2 适应冻胀处理法

为了适应冻胀导致的变形情况，对刚性衬砌断面纵横缝的伸缩缝、间距进行调整，同时对缝间填充材料进行调整，以此达成消减冻胀导致变形的情况。现浇形式的混凝土板，在横缝间距上通常设置为2至4m，纵缝间距则通常为1到3m，缝宽通常为2到3m，缝间填充常用材料，一般为焦油塑料胶泥、聚氨酯、沥青砂浆等。

2.3 消减冻胀处理法

①置换消减。置换消减就是将渠基冻结中的冻胀土置换成非冻胀土，以此达成消减冻胀的目的。可以按照渠基土设计的衬砌厚度、置换比、冻深，对非冻胀土换填厚度进行计算确认。一般选择换填材料为风积沙、中粗砂、砂卵砾石等，对于换填材料，粒径在0.075mm成分不能占总体10%以上。粒径更大的材料在透水性上更为良好，同时避免下层水向表层迁移，进而发生表层冻结的情况，以此能够使得冻胀情况减少，避免冻害问题发生。②隔热保湿消减。该方法是在混凝土衬砌体的背后进行隔热保湿材料的布设，以此使得寒冷条件减轻，同时也能减小换填地层厚度，将下层土水分补给渠道进行隔断，最终来对渠床冻胀和冻深问题进行消除。③压实干密度消减。采用强夯方式，来使得土层粘土干密度得到提升，土体渗透性降低，避免水分发生聚焦、迁移的方式，最终达成冻胀消减甚至消除的效果。

3.渠道混凝土冻胀破坏防治处理要点

3.1 渠基上抬高度提升

渠基进行开挖时，间隔50到100m 的情况进行长度为3m的渗水井开挖，且要通道砂砾石层，同时井内进行10cm卵石的铺设，卵石上方需要进行一层垫层的铺设，使地下水经过渗水井后再次的回到地下，以此能够实现冻胀防治的效果。此外，渠基土质为黏土，同时在土层较薄的情况下，需要将渠断面通至砂砾十层，渠底及边坡位置需要进行砂砾石垫的铺设，保证渠基渗漏水流至砂砾石层，渠基土的含水量会因此降低，实现冻胀预防的效果。

3.2 渠堤密实度提升

首先在进行建设施工的过程中，人员要按照质量标准与工程要求，进行混凝土水灰比控制，适当进行混凝土抗渗及强度调整，水泥水化反应会消耗掉一定程度的水分，而消耗的水分多少对于混凝土和易性有着直接影响，水化热反应之后混凝土结构会出现毛细孔，使混凝土渗透性加强。混凝土浆液的配置过程中，人员在保证混凝土强度的前提下，尽量减小水化热反应程度，以此使水分蒸发量减小，进而减小混凝土结构孔隙率，渠堤密度由此提升，削减混凝土冻胀破坏程度。其次在施工工艺上，混凝土防渗渠道断面设计与衬砌方式要达成抗冻张要求，重视渠道自身抗冻性。

3.3 渠道施工质量强化

有关管理人员要加强渠道日常维护及管理工作，定期对混凝土渠道使用状况进行检查，同时做好检查记录，若是发现问题要及时进行维修养护作用，对渠道冻胀破坏程度进行有效控制，进而使混凝土防渗渠道运行状况保持良好，有稳定的使用性能。

4.结束语

在我国水利工程中应用渠道这一水流通道形式较为多，不过渠道多为混凝土材料制作而成，在使用中容易受到环境影响，尤其是温度过低的情况下发生的冻胀现象。本文对混凝土渠道冻胀问题的发生原因及处理措施进行了分析，能够为寒冷地区、季节应用混凝土渠道提供借鉴。