渠道防渗工程技术措施浅析

□王金涛 高 博

黑龙江属东北部寒冷地区，灌区内部渠基土多为冻胀土，地下水含量较高。因此，在进行渠道混凝土面板防渗设计中，必须采取有效措施避免渠道混凝土板的破坏问题。

2009年，笔者配合某水利勘测设计院对某预制混凝土板防渗干渠的破坏情况进行了调查，发现：阳坡基本无冻胀破坏，仅个别混凝土板因质量差而产生断裂酥散，有关部门已进行了维修；渠底有轻微冻胀破坏，渠底基本平整，局部有冻胀隆起。混凝土板因质量差而产生断裂酥散的比例约占30～50%。阴坡冻胀破坏问题较严重，现场勘察发现，有较明显冻胀隆起现象的渠段达5 620m，局部已影响干渠运行，需改造重建。

结合上述调查，本文对渠道混凝土面板产生破坏的类型、原因及修复措施进行分析介绍，以期对今后的渠道防渗设计有所帮助。

一、渠道混凝土面板破坏的类型

东北地区混凝土板防渗渠道破坏现象，按其破坏状态大致可分为以下两类：一类是混凝土面板破裂、翘起、滑落，严重的渠道边坡塌陷。在此类破坏状态中，混凝土本身的强度、抗冻、抗渗等指标改变很小或没有发生改变，仅是混凝土面板的整体结构受到破坏，我们称之为冻胀破坏；另一种是混凝土面板表面受到侵蚀，主要是混凝土与土壤水中的酸类、盐类等发生化学反应，然后慢慢由外向内发展，最后局部或整个混凝土板产生酥松，直至混凝土完全失去强度，我们称之为渠道混凝土面板的侵蚀破坏。

两种破坏形式虽不相同，但最后都将导致渠道节水功能下降。随着渠道断面输水率不断变大，渠道的过水能力也会大大降低，严重的会导致整个渠道丧失输水功能。因此，对于存在冻胀土的寒冷地区、地下水对混凝土具有侵蚀性的地区，若在渠道防渗设计中对以上问题考虑不足，势必影响整个工程效益的发挥，从而造成国家财产的损失。

二、渠道混凝土面板破坏的原因与维修

（一）渠道混凝土面板冻胀破坏的原因

渠道混凝土面板发生冻胀破坏的原因是渠基土发生冻胀。渠基土的冻胀与以下几个因素有关：一是寒冷地区的气温是否长期低于0℃；二是基土中是否存在冻结的水分；三是基土的物理性质，主要包括土的颗粒组成等。渠基土中含有土壤水，主要是由土粒子间填充的自由水和吸附在粒子周围的束缚水组成。自由水的多少与粒子间空隙的大小有关；束缚水的多少与土粒总的表面积有关。针对渠道混凝土面板基土而言，因其多为夯实土，粒子间隙小，所以其含量的大小主要与粒子周围束缚水有关。而束缚水的多少又与基土的性质有关，即土质组成颗粒越细，其颗粒的比面积就越大（比面积为1g的土体中所有土颗粒的表面积之和），粒子所吸附的水分也就是基土的含水量就越多。这样，当气温长时间处于0℃以下时，基土中水分就会结冰。根据水在结冰时体积增大0.09倍的性质，基土的体积也将增大，这将给其上的混凝土面板产生向上的推力。如果该力足够大，将引起混凝土面板在该力方向上的位移，或使板体本身发生破裂、翘起、滑落，严重的将导致渠道边坡塌陷。

（二）冻胀基土中的水分迁移原理

因为在不同土颗粒表面吸附水之间存在着电位差，当气温长时间低于0℃时，在该电位差和毛管水表面张力的共同作用下，土颗粒表层的活跃水分子将顺着温度梯度方向向土壤水冻结峰面迁移，如果基土水分有充足的补给源，基土冻结峰面将会产生更为严重的冻胀。因为常规冻胀量一般为原来体积的10～50%，而在水分迁移的情况下，冻结峰面上的冻胀量可达到原来体积的数倍。在重力作用下，冻土水分垂直迁移以及毛细管水上升高度都有一定的范围，该范围的大小与土质有关，在此不再论述。

通过理论分析和工程实践证明，粒径大于0.1mm的基土因其所含水分较少，在其结冰时产生的膨胀力较小，不足以对混凝土板产生破坏；当基土粒径在0.1～0.05mm之间时，破坏较大，而当粒径在0.05～0.02mm 时，基土冻胀破坏最强。按照土质的分类，黏土的冻胀破坏最强，其后依次降低的是粉质土、亚黏土和亚砂土。

（三）预制混凝土防渗层的维修措施

对于混凝土防渗层的维修一般有以下几种情况:

1.现浇混凝土防渗层的裂缝修复。当混凝土防渗层发生裂缝后，如果防渗层大致平整，无较大错位，裂缝较小，可以运用过氯乙烯胶液涂料粘贴玻璃丝布的方法，进行修复。而对于裂缝较大者，可采用填筑伸缩缝的方法修复；若属大型渠道且裂缝又较大的，可采用填塞与粘贴相结合的方法修复。具体做法如下：一是清除缝内、缝壁及缝口两边的泥土、杂物，保持清洁、干燥。二是缝壁涂刷冷底子油。三是将煤焦油填料或焦油塑料胶泥填入缝内，填压密实，保持表面平整光滑。四是填缝1～2 天后，沿缝口两边涂刷5cm 宽的过氯乙烯涂料一层，随即沿缝口两边粘贴3～4cm 宽玻璃丝布一层、再涂刷涂料一层，粘贴第二层玻璃丝布，最后涂刷一层涂料。运用此法过程中要注意涂刷均匀，玻璃丝布要粘平，不能有气泡。

2.预制混凝土防渗层的修复。预制混凝土渠道包括板和U 型槽，其砌筑缝多采用水泥砂浆缝。混凝土板防渗渠道的砂浆填缝一般有以下缺点：一是砂浆强度低；二是施工挤压不实；三是不能与混凝土板紧密结合，勾缝的砂浆容易脱落，有的从勾缝中长出了杂草，甚至当有些小型填方渠道衬砌后，试放水时会出现垮渠等情况，能保持完好的工程很少。造成放水垮渠的原因，除了土方渠道质量不好外，笔者认为衬砌部分勾缝漏水是主要原因。为了保证工程质量，建议采用方形或长方形混凝土预制板，块的大小以便于施工为宜，厚度8～10cm，板缝留10～15cm，用高标号混凝土填塞，人工、机械都能施工。要求捣出浆与混凝土板能紧密结合，使衬砌段形成整体，基本达到现浇的质量。对于旧渠防渗层砌筑缝的修复也可以这样处理。凿除缝内水泥砂浆块，将缝壁、缝口冲刷干净，用与混凝土板相同标号的水泥砂浆填塞，捣平抹平后，保湿养护不得少于14 天。

3.混凝土防渗层表层的修复。混凝土防渗层表层损坏，如剥蚀、孔洞等，可采取水泥砂浆修补，有条件时可采用喷浆法修复。泥砂浆修复方法：首先全部除掉已损坏的混凝土，对修补部位进行凿毛处理，冲洗干净，然后在工作面保持湿润的状态下，将拌和好的砂浆用木抹抹到修补部位，反复压平抹光后进行保湿养护，不少于14 天。如果修补部位深度较大时，可在水泥砂浆中掺和适量的砾料，以减少砂浆干缩和增强砂浆强度。喷浆修复方法：如果条件允许，将水泥、砂和水的混合料用高压设备喷射到修复部位即可。