灌区混凝土防渗渠道冻害成因及预防措施

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发布时间：2021-09-16

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灌区混凝土防渗渠道冻害成因及预防措施
张广周
(菏泽市牡丹区刘庄引黄灌区管理处，山东菏泽274000)
[摘要] 混凝土防渗是目前灌区续建配套与节水改造中广泛采用的一种渠道防渗技术措施，由于
受冬季低温季节的影响存在冻融、冻胀破坏现象，给施工、管理和运行带来了诸多麻烦，文章从分析混
凝土防渗渠道冻害成因入手，提出了防治冻害的措施。
[关键词] 混凝土；防渗渠道；破坏形式；成因分析；防治措施
中图分类号：TV 331 文章标识码：B 文章编号：1009—0088(2011)01—0145—02
在灌区进行续建配套与节水改造工程建设中，常
采用混凝土预制块或现场浇筑混凝土板对渠道进行衬
砌防渗，混凝土板是厚度较薄的刚性材料，具有较高的
抗压强度，而抗拉强度较低，适应拉伸变形或不均匀变
形的能力较差，冬季衬砌渠道有时会出现混凝土的冻
融、冻胀现象，使衬砌混凝土的表面剥落、混凝土板断
裂、塌陷、隆起或架空，严重影响衬砌渠道的防渗效果。
1 混凝土防渗渠道的冻害现象
1．1 表面剥蚀
混凝土板表面疏松，出现冻酥现象，表面混凝土强
度低，糙率大。表面剥蚀多集中在渠底、水位变化区及
影响区。
1．2 鼓胀、裂缝
在冬季温度较低的情况下，混凝土板发生鼓胀、裂
缝破坏。鼓胀、裂缝多出现在尺寸较大的现浇混凝土
顺水流方向，裂缝位置一般出现在坡脚1／4～3／4坡长
范围内和渠底中部，冬季渠内存水时，一般出现在水面
附近的渠坡上。
I．3 隆起、架空
在地下水位较高的渠段，渠基土冻胀量大，渠道顶
部冻胀量小，造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空，其
一般出现在坡脚或水面以上0．5—1．5 m坡长和渠底
中部，有时也顺坡而上形成数个台阶状。
1．4 滑塌
渠道滑塌有两种形式：①由于冻胀、架空，使得坡
脚承受到破坏，衬砌混凝土板将失去稳定平衡，上部板
块向下滑移、错位、互相穿插。②渠道护坡基土融化期
的大面积滑坡，导致坡脚混凝土板被推开，上部衬砌板
塌落下滑。
1．5 整体上抬
在支级以下的小型渠道，基土的冻胀不均匀性较
小，整体性较好的渠槽如u型渠槽，可能发生整体上
抬。
2 混凝土防渗渠道的冻害破坏原因分析
混凝土防渗渠道冻害现象分为两种情况，一种是
冻融破坏，另一种是冻胀破坏。冻融破坏是温度降到
零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物
理现象，是混凝土本身破坏，如表面剥蚀，而冻胀破坏
是混凝土基层土受冻膨胀，造成混凝土的损坏，如鼓
胀、裂缝、隆起、架空、滑塌及整体上抬。
2．1 冻融破坏原因分析
混凝土的冻融破坏，是由混凝土内水泥石中毛细
孔的静水压和渗透压引起的。静水压产生于混凝土毛
细孔隙中水分结冰时的膨胀受阻，孑L内含水量超过极
限值或结冰初期毛细孔口封冻，内部水分继续结冰时
受到孔壁的约束不能自由膨胀，如果继续失热，一部分
水结成冰，另一部分成为过冷态，水冰两相共存于毛细
孔中。毛细孔中的水分稍有过冷便产生很大的静水压
力，随着低温的持续，混凝土内部结冰的微区逐渐增
多，出现静水压的区域也将越来越多，这个静水压作用
于毛细孔壁，使水泥石处于受拉状态。混凝土反复冻
融循环相当于对水泥石孔壁进行反复加荷，超过混凝
土的极限抵抗力，结果使孔壁结构受到损伤。渗透压
是由水与冰之间的自由能之差引起的，混凝土在冻结