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渠道混凝土冻胀破坏的原因及防治措施研究

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：陈兴

[导读] 摘要：在混凝土施工过程中，遇到寒冷地区和天气影响，经常会出现冻胀破坏。

        北京市京密引水管理处北京 101400
        摘要：在混凝土施工过程中，遇到寒冷地区和天气影响，经常会出现冻胀破坏。本文主要结合渠道混凝土冻胀破坏发生的主要原因，并根据其发生的因素提出一些针对性的防治措施，从而更好的对冻胀原因进行分析。
        关键词：混凝土渠道；冻胀破坏；原因；防治
        1渠道混凝土冻胀破坏原因分析
        1.1冻融破坏
        水利渠道混凝土冻胀破坏的原因多种多样，首先经常碰见的是冻融破坏现象。由于渠道所用的混凝土板较薄板厚度都小于15cm以下。板材主要运用水泥和砂石等一些外加剂共同掺杂交结构成。由于混凝土在发生水化反应时，内部都会存在很多微小的缝隙，在沙石和其他外加剂材料具备一定吸水作用的情况，在冬天零下摄氏度的环境中缝隙处的水就会出现结冰，这些水结冰的体积会不断地增大，出现膨胀的现象。如果水成冰导致体积膨胀，在超出混凝土极限时就会出现很多裂缝。在冻住和融化的反复作用下，裂缝问题会越来越大，导致冻融破坏的情况时有发生。
        1.2渠道内水结冰破坏
        在水利水电工程中，一般在寒冷地区的水电站引水作业中会运用到渠道工程，这种应用方式为冬季渠道输水运行系统。在冬季持续时间较长的情况下，如果天气降温明显，那么水中的浮冰会在弯道处不断的堆积，由于水流下降会造成积累的冰块数量，加剧从渠边开始出现浮冰不断的向渠道中心位置偏移，如果浮冰从上游不断的向下游进行运送弯道位置的浮冰在积累严重的情况下，会对两边的混凝土板造成极大的压力和推动力，这样导致整体混凝土的衬砌结构压力过大出现断裂，最后造成位移和破坏现象。
        1.3渠基土冻融破坏
        渠基土冻融破坏现象常见的分为四种，第一种为混凝土板裂缝。在寒冷天气下，混凝土板和渠床基土会通过冻结的作用力形成一个整体，在受到多种作用力的影响下。首先会遭受混凝土收缩作用和冻结作用，出现冻融现象下的破坏和鼓胀。导致积土含水量不断增加，在连年的冻融效果中，裂缝问题会随年增加宽度增加，且裂缝的现象明显。第二种是架空隆起现象，在渠道未知的地下水位比较高的渠道段中，由于冻胀量相对其他地段比较小，导致混凝土衬砌板出现架空情况，在不断隆起的情况下，坡脚及边坡位置的上方坡更容易发生隆起。
        第三种是边坡板发生滑坡塌陷，这种情况主要是由于混凝土板在冻胀效应下，由于架空和隆起的现象发生，坡脚支撑不断的遭受损坏，平衡被打破。同时垫层的基础会不断的融化，在混凝土板结构的上，发生互相穿插或者滑移的情况，因为位置错位导致边坡板发生了滑移坍塌的现象。另外，渠道基土在融化过程中由于有大面积滑坡情况出现，渠道边坡在发生滑塌的时候，会导致坡角的混凝土不断的推送。混凝土板的结构上部板块会不断的塌陷，导致边坡板的滑塌情况再次出现。最后一种是抬高渠道结构的现象，这种现象的发生多和渠道的基础出现冻胀现象是一致的。在小型渠道生产运行过程中，由于衬砌结构的完整性不足，在寒冷天气影响下，衬砌结构会被渠道基础的冻土不断的膨胀抬高，积土在发生融化过程中虽然一致，但是积土的土体会有差异性。沉降发生不均匀的情况下，也会导致衬砌结构发生裂缝。如果此时渠道通水，裂缝中会不断地被灌水，再造成渠道基础破坏的同时，也会使衬砌结构不断的错位，导致一系列的变形或者塌陷情况，最终衬砌结构出现断面。
        2.渠道混凝土冻胀破坏的处理工艺
        2.1回避冻胀处理法
        在渠道混凝土解决冻胀破坏问题时，首先可以运用科学的渠道线选择和设计方法。尽量远离於泥沼泽区域和一些软弱土层，在避免粘性土壤和地下水位高的位置地区的情况下，尽量选择地形较高。地下水位埋藏较深的地段，并且保证区域透水性较强。如果必须要选择地下水位较高的位置，一定要尽可能地选择填方渠道。在此渠道底部的冻结层能够位于地下水补给高度的上方，并且能够运用架空和管道机构来避免与冻胀土的直接接触，以免后期冻胀现象出现，对于渠道造成破坏。

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        2.2适应冻胀处理法
        为了改善冻胀现象，防止渠道变形的情况，首先可以对于伸缩缝的间距进行调整处理。面对混凝土板中的缝隙进行填充，运用先进的填充材料和外加剂去消除冻胀所产生的变形情况。利用现浇混凝土板更好地进行缝隙填充，作业员用环保材料等来辅助缝隙的填充，避免水分进入冻结成冰，后期融化出现混凝土膨胀。相关人员应当掌控科学的施工工艺，防止冻胀处理质量问题的出现。
        2.3消减冻胀处理法
        为了更好的解决冻胀问题，可以运用消减法进行处理。首先可以采用置换削减冻胀处理方法，利用渠道基础冻结中的冻胀土置换成非冻胀土，一次达到削减作用。可以按照渠道基础图的设计，衬砌厚度和置换比例。对于动身程度进行调查，再结合非冻胀土换填厚度的计算数据，选择换填材料。运用粒径更大的材料保持其透水性，避免下层水向表层迁移，进而发生表层冻结的现象，由此更好地减少冻胀情况的发生，避免二次冻害的情况来临。此外，可以运用隔热保温的方法，在混凝土衬砌结构的背后添加隔热保温材料，更好的在寒冷环境下减少冻胀现象的侵蚀，同时也能够减少换填第一层的厚度，将下层土的水分补给渠道进行隔断作用，以此更好地解决渠道床基冻胀的现象。对于冻层深度问题进行快速消除。最后可以运用压实干密度削减方法。通过土层粘土干密度的提升作业，在土体渗透性降低的情况下，避免了水分发生迁移和聚焦的情况，最终能够削减冻胀现象，达到消除的理想效果。
        3.渠道混凝土冻胀破坏防治处理要点
        3.1渠堤密实度提升
        为了更好的防治冻胀破坏，首先要提高渠道提防的密实度。在进行施工作业时，相关的工作人员要紧跟工作流程和工程方案的具体要求，按照质量标准对于混凝土的水灰比进行控制。在提升混凝土抗渗和强度的同时，对于水泥水化反应消耗掉的水分进行严格的监管。消耗的水分对于混凝土和易性来讲有着直接的影响，因此在水化热环境影响后的混凝土结构会出现很多微小的细孔，使混凝土的渗透性更强。因此，在混凝土的浆液配置过程中，人员应当保证混凝土强度，尽量的减少水化热反应，以此更好地使水分蒸发量减少，缩减混凝土结构的孔隙率，提高渠道地方的整体密度。在减少冻胀破坏程度的同时，通过科学的施工工艺是混凝土防渗渠道的设计和衬砌结构，能够达到抗冻性的具体要求。
        3.3渠道施工质量强化
        在渠道施工完成以后，相关的工作人员必须要进行日常的维护和管理，定期的对于混凝土渠道的运行进行检查和养护工作。在做好记录的同时，对于发现的冻胀问题进行及时的处理，避免冻胀破坏现象的扩大。从而更好的推动混凝土防渗渠道的运行质量稳定性，使其能够极大地发挥出渠道应有的使用性能。
        4.结束语
        综上所述，在我国的水利工程建设中，渠道工程是必不可少的一项工作内容，在寒冷天气下，为了避免温度过低出现的冻胀现象发生。本文主要通过对于冻胀问题的发生原因和处理措施进行了详细的分析，以此希望能够为混凝土渠道冻胀改善提供一些建议，从而更好地推动我国渠道建设的高质高量。
        参考文献：
        [1]浅谈渠道混凝土裂缝的预防和处理[J].党永刚.陕西水利.2009（06）
        [2]薄壁渠道混凝土裂缝的原因及预防[J].傅兆敏，谢元响，李明.山东水利.2005（09）
        [3]库塔干渠东干渠（上段）工程渠道混凝土被侵蚀原因分析[J].甘淮阳.科学咨询（决策管理）.2009（01）
        [4]渠道混凝土衬砌裂缝产生的原因及防治[J].崔宏才.河北水利.2007（08）
        [5]渠道混凝土嵌入式置缝机的研究与应用[J].陈勃文.水利建设与管理.2018（02）