寒区混凝土渠道设计与施工要点

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发布时间：2021-09-16

资料介绍

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张茂堂蒋有能
(云南省水利水电科学研究院昆明 650228)
李中校
(迪庆州水利水电勘察设计所674400)
【摘要】冻融剥蚀破坏主要发生在云南省滇西和滇东北的寒冷地区，它对输水渠道危害性较大，在水位变幅区混
凝土表面经过长期冻融循环破坏，最终导致混凝土表面疏松剥落；在外部土体冻融循环过程中，结构产生冻胀，出现
位移、拉裂变形，形成渗水通道，再经过无数次的循环冻胀受损，最终导致结构遭到破坏。本文根据滇西迪庆州渠道
设计、施工的实践经验，对冻融破坏的机理和原因进行了分析，提出了寒冷地区混凝土渠道设计施工的要点，供有关
类似工程参考使用。
【关键词】寒区渠道设计施工
1 渠道工程冻融破坏情况
云南滇西北的迪庆州年日最低气温不大于0oC日数
为170～190天，昭通市大山包、丽江市宁蒗县、怒江州兰
坪县、大理州剑川县等高海拔地区为100～130天，昭通市
中部、丽江市中部、大理州北部为60～80天，这些寒冷地
区已运行多年的混凝土渠道，大部分只按普通混凝土施
工，没有考虑抗冻性，因而均不同程度地出现冻融破坏。
通过对寒冷地区渠道进行调查发现，渠道均遭受不同程
度的冻融剥蚀破坏，产生的原因主要是寒冷地区的特殊
气候条件(寒冷地区日照时间短、昼夜温差大、冬季气温
低、降雪及在负温下易形成冻土等)，发生冻融剥蚀破坏
的几种情况见下表。
2 冻融破坏机理及原因分析
2．1 冻融破坏机理
2．1．1 混凝土结构自身冻融破坏机理
混凝土是由硬化水泥浆体和骨料(含毛细孔)组成
的复合材料，为了获得浇筑混凝土所需要的和易性，其
拌和水量总要多于水泥水化合所需的水量，多余的水量
便以游离水的形式滞留在混凝土中，形成占有一定体积
的连通毛细孔，这些连通毛细孔就是导致混凝土遭受冻
坏的主要原因，特别是渠道，混凝土与水直接接触，形成
压力进入混凝土毛细孔中，当混凝土在负温下受冻时，
毛细孔中的水结冰膨胀，正温下则融解，反复循环冻融
导致结构破坏。根据美国学者T．c．P0werse提出的膨胀
冻融破坏及降雪影响情况调查表
破坏类型特征受损部分受损程度
常年在同一水位运行，内电站引水渠侧面水位变幅上下冻坏深度随冻融次数的增加而增大，阴、
水压力与外力平衡 8～1Ocm，比较固定阳面受损程度相当
冻坏范围随着水位变化而增大，深度随
一般输水渠水位变幅一般侧面水位变化5-8c 处次数增加而增大
，阴、阳面受损程度相当
季节性渠道冻融断面大低水位运行情况破坏程度最严重，冻胀
，水位变幅大侧面水位变化5-8era处，底部1-2cm 力影响最大
，阴面破坏程度大于阳面
压和渗透压理论_1]，吸水饱和混凝土在冻融过程中遭受的
破坏力主要由两部分组成：⑧膨胀压力：当混凝土中的毛
细孔水在某负温下产生物态变化，由水转变成冰时，体积
膨胀为9％，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，在孔周围
的微观结构中产生拉应力；⑥渗透压力：由于表面张力作
用，混凝土毛细孔中水的冰点随着孔径的减小而降低，因
而在粗孔中的水结冰后，由冰与过冷水的饱和蒸气压差
和过冷水之间盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。
另外，过冷水迁移渗透的结果必然会使毛细孔中冰的体
积不断增大，从而形成更大的膨胀压力，当混凝土受冻