混凝土预制板防渗渠冻害原因防止措施

为解决混凝土预制板防渗渠的冻害影响,近年来我们对伊犁河谷垦区农业团场防渗渠进行了全面的调查,查找冻害成因并制订了相应的防冻措施。

一、冻害原因

伊犁河谷垦区农业团场属寒冷地区,防渗渠渠底、渠帮的土方基础面与预制板之间有水而冻结。水的体积膨胀,造成渠底断裂,渠帮的预制板变形、断裂。春季冻土融化,预制板不能完全复位,预制板表面及四周板缝的微小孔中水分冻结、融化,冻融反复交替,造成预制板表面及四周剥蚀。

造成冻胀的因素主要有三个方面,第一是土质:一般粘性土壤冻胀量最大,砂性土壤最小。粘性土壤粒径为0.05-0.1毫米的土冻胀较轻,以0.02-0.05毫米的土冻胀性最强。粒径再小的粘土,因土粒间隙小而透水性不良,冻胀性反而小。从渗透系数方面,10-3-10-6厘米/秒的土壤能够冻胀,大于或小于这一范围的土壤难以冻胀。第二是水分:土壤冻结过程中,土壤含水量、地下水位高低,以及有无外部水源补给与其冻胀程度有关。土壤中含水量大,地下水位接近冻胀面,水分转移条件充分,冻胀性较强;无水源补给,使土壤中孔隙水冻结,一般冻胀不大。第三是低温:一般负温总量(冬季日平均负温的总和)大,土层冻结深度就大。负温总量也就大。负温随时间变化不同,对冻深和冻胀发展过程的影响也不同。当气温缓慢下降,负温持续时间较长时,未冻结区水分不断向冻结区迁移积蓄,形成土层中冰夹层时,土层的冻结度就大,冻胀就严重。若气温骤降,冷却强度大,表层冻结面迅速向下发展,土层毛细管被冰晶体堵塞,水分来不及迁移,冻胀也就小。季节性冻土解冻后,使土粒间冰的粘聚力消失,造成土体结构破坏,对防渗渠造成破坏。

二、冻害现状

1.水泥勾缝开裂、脱落

预制板防渗渠在使用中,雨水、雪水从渠堤渗入,预制板砂石垫层及土壤中积聚水分,冬季冻胀引起预制板鼓胀,、变形,造成预制板之间的勾缝开裂、脱落。

2、渠帮板鼓胀、滑脱

渠水从预制板勾缝损坏的缝隙中渗入到预制板后砂石垫层中,并将泥沙带入垫层,使垫层中泥沙沉积,泥沙中积存有一定的水分,冬季冻胀造成预制板鼓胀、滑脱。而渠道上口处的预制板与砂石垫层及土壤接合部位常有鼠、蚁打洞筑穴,雨水、雪水渗入,将导致预制板冻胀、冻裂。

3.渠底混凝土板断裂

由于渠底变形、凸凹不平,凹处存水,冬季结冰,冰压力与板后冻土压力形成剪力,混凝土板在受剪力作用下断裂损坏。同样,水进入渠底砂石垫层中也会引起渠底冻胀,产生断裂、变形、凸凹不平。

4.闸室底板断裂、鼓胀,闸墩倾斜、断裂

由于水渗透到闸室混凝土板下,将泥沙带入闸底板下的砂石垫层中,泥沙中含有一定的水分,冬季冻胀使闸底板断裂、鼓胀变形,闸墩倾斜、断裂,闸门启闭困难。

5.混凝土板表面剥蚀

由于冬灌或雨水、雪水致使入冬前混凝土板表面微小孔隙中含有一定水分,冬季结冰,春季昼融夜冻,冻融交替,导致混凝土板表面产生剥蚀。

三、防冻措施

1.渠床换填处理法

对于易吸收水分、冻胀性强的土质,可以采用换填法处理渠床,如在预制板边坡及渠底处换填砂石料,换填深度约为冻结深度的2/3,砂石颗粒为0.5-5厘米。在冻深较厚的地区换填的垫层下应有畅通的排水设施,以更好地发挥抗冻效果。

2.压实法

压实基土可使土壤地干容量增加,孔隙率降低,透水性减弱,从而减少冻胀变形。压实法有原状上压实和翻松土压实两种,前者压实深度小,后者压实深度大。对于疏松、多隙的强湿性黄土,可先浸水,使其渐湿下陷后再进行夯实。

3.防修排水法

此法是通过防止渠水渗漏及地面径流渗入,排除、降低和截断地下水对冻结层补给,达到防治冻害的目的。排水系统的形式如下:

①暗管排水?在渠底设纵向排水暗管,汇集地下水和渠道渗水,由横向排水管道把水排至渠道附近低洼处或直接由纵向管道排到渠道的跌水下游。

②盲沟排水?这是由渠坡上横向引水盲沟和沿坡脚或渠底中轴线的纵向集水盲沟组成的排水系统。其作用是排除渠道渗水,横向排水沟可设在伸缩缝下面用砂石或碎石填塞。纵向集水盲沟内应填较大卵石或块石,以利于排水。

③竖井排水?是利用竖向排水井连通渠垫层和深层砂石透水层的排水形式,在水流方向每隔25米设一道竖井与土层下砂石层连通(竖井施工时必须将土层清除干净,挖至到砂石面层,以利渗水)。竖井断面为1.2×1.1米,内填卵石。

4.隔热保温

将隔热保温材料铺设在预制板背面,隔断下层土的水分补给,提高渠底地温,减轻或消除寒冷因素,达到抗冻目的。隔热保温材料有泡沫聚苯乙烯、泡沫水泥、沥青、炉渣等。

5.改变结构形式

①肋梁板型?在预制水泥板下每隔1米处加一横断面为矩形的肋梁,梁高20厘米,宽10-20厘米,这中板的刚性强,抗冻性好。

②梯形板?这种板的四周都是肋梁。为预制混凝土装配结构,它的特点是可利用板下空间的空气起保温作用。同时也可以利用空间消纳土基冻胀所产生的变形,因肋梁的约束作用,使其抵抗冻胀破坏能力增强。

③板膜结合型在预制水泥板下铺隔水膜,如塑料薄膜、土工膜等,使板膜联合防渗,从而更有效地减轻冻害。

6.闸墩防冻措施

①深埋基础?通过增加墩桩的埋入深度,提高抗冻能力,一般小型闸门墩桩在满足强度和稳定性要求的同时,应埋入冰冻层以下0.5米为宜。

②锚固型基础?在最大冻土层以下,把墩桩底部基础扩大,利用冻胀反力对基础的锚固作用,达到消除冻胀力,防止冻害。

7.其它措施

①在土壤封冻前15天左右停水,以使预制板砾石垫层中水分控干,减少冻害。

②及时维修渠道损坏部分,减少水的渗漏补给。

③清除渠道内的淤积物,防止渠内积水,尽量保持渠内干燥。

④及时修补压实损坏的渠堤,保持渠堤土壤密实。对鼠、蚁穴洞用土填埋,用钢钎捣实,防止雨水、雪水渗入砂石垫层。

⑤在严寒地区可对渠道重点部位(如闸室)采取盖草等保温措施,防止冻害。