浅谈渠道防渗工程的技术措施

执法监察技术服务

２００７年，黑龙江省绥化市北林区

水务局对幸福灌区干北二支预制混凝

土板防渗干渠的破坏情况进行了调

查。调查中发现，阳坡基本无冻胀破

坏现象，混凝土板基本完好，仅个别

混凝土板因质量差而产生断裂酥散现

象，灌区管理站已将破损板替换维

修；渠底有轻微冻胀破坏现象，渠底

基本平整，局部有冻胀隆起，因混凝

土板质量差而产生断裂酥散的比例约３０％～５０％；阴坡冻胀破坏现象较严

重，经现场勘察测量，有较明显冻胀

隆起现象的渠段达５６２０ｍ，局部段

已影响到干渠运行稳定，需改造重

建。

绥化市北林区位于黑龙江省中南

部小兴安岭余脉与松嫩平原衔接地

带，气候寒冷，灌区内部渠基土又多

为冻胀土，地下水含盐量较高。面对

这样的自然条件，在对渠道进行混凝

土面板防渗设计中，如何有效避免渠

道混凝土面板的破坏问题，成了灌区

节水改造是否成功的关键。结合本区

实际，本文对渠道混凝土面板产生坡

坏的类型、原因及修复措施进行了分

析介绍，以期对以后的渠道防渗设计

有所帮助。

一、渠道混凝土面板破坏的类型

通过对我区大量混凝土板双防防

渗渠道破坏现象的分析，按其破坏状

态大致可分为以下两种：一种是混凝

土面板破裂、翘起、滑落或严重的渠

道边坡塌陷，在此类破坏过程中，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，这种

破坏我们称之为冻胀破坏；另一种情

况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，然后慢慢地由外向内

发展，最后导致局部或整个混凝土板

酥松，直到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的下降。另

外，随着渠道断面输水糙率不断变

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，在存在冻胀土的寒冷地区

以及地下水对混凝土具有侵蚀性的地区，渠道防渗设计如果对以上问题考

虑不足，势必会影响到整个工程效益

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

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

区的气温长期低于０℃；二是基土

中存在冻结的主体———水分；三是基

土的物理性质，如基土中的颗粒成分

较多等。

（一）各因素间的相互关系

我们知道，渠基土中含有土壤

水，这些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子

总的表面积有关。对渠道混凝土面板

基土来说，因为其多为夯实土，粒子

间隙小，所以其含水量的大小主要与

粒子周围的束缚水有关。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

中的水分就会结冰，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，这将给其上面的混凝土面

板以向上的推力，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。浅

谈

渠

道

防

渗

工

程

的

技

术

措

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王

晶

孙

红军

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（二）冻胀基土中水分迁移原理

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，在该电位差和毛细管水表面

张力的共同作用下，土颗粒表层的活

跃水分子将会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。

（三）基土的物理性质影响

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０．１ｍｍ～０．０５ｍｍ之间时，

破坏较大，而当粒径在０．０５ｍｍ～

０．００２ｍｍ时，基土冻胀破坏最强。按

照土质的分类，粘土的冻胀破坏最

强，其次依次降低的是粉质土、亚粘

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：

（一）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

果防渗层仍大致平整、无较大错位且

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。对于大型渠道，裂缝较

大的，可采用填塞与粘贴相结合的方

法修复。具体做法如下。１．清除缝内、缝壁及缝口两边的

泥土、杂物，保持清洁、干燥。２．缝壁涂刷冷底子油。３．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。４．填好缝１～２天后，沿缝口两边

涂刷一层５ｃｍ宽的过氯乙烯涂料，随

即沿缝口两边粘贴３～４ｃｍ宽玻璃丝

布一层，再涂刷一层涂料并粘贴第二

层玻璃丝布，最后再次涂刷一层涂料。在运用此方法中，涂料要涂刷均

匀，玻璃丝布要粘平，不能有气泡。

（二）预制混凝土防渗层的修复１．混凝土防渗层砌筑缝的修复。

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。如勾缝的砂浆容易脱落，有的从

勾缝中长出了杂草，甚至有些小型填

方渠道衬砌完成后，试放水时会发生

垮渠等破坏现象，能保持完好的工程

很少。造成放水垮渠原因，除了土方

渠道质量不好外，衬砌部分勾缝的漏

水是主要原因。

为了保证工程质量，建议对混凝

土预制板改用方形或长方形，块的大

小应便于施工为宜，厚度在８～１０ｃｍ

为好，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。２．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。首先必须全部

除掉已损坏的混凝土，并对修补部

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，用铁抹抹光后，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，作用是可以减少砂浆干缩

和增强砂浆强度。

喷浆修复方法。如果条件允许，

可以采用此方法。方法是将水泥、砂

和水的混合料用设备经高压通过喷头

喷射到修复部位。

（三）混凝土防渗层的翻修１．旧板拆除重新铺筑。混凝土防

渗层如若损坏严重，例如在破碎、错

位、滑坍等的情况下，应拆除损坏部位，处理好地基土重新铺筑。在铺筑

时要特别注意新旧混凝土的结合面要

处理好。方法是结合面凿毛冲洗后，

需涂一层厚２ｃｍ的水泥净浆才可开始

铺筑新混凝土，铺筑好的混凝土要注

意保湿养护。２．旧板不拆加铺新板。原混凝土

板不拆除，在其上整平后加铺新板。

具体方案有两个。

一个是现浇混凝土方案。把旧混

凝土冻胀隆起的部分压平后，在上面

铺设保温板（聚苯保温板），然后铺

一层土工膜，完成后在其上再铺筑素

混凝土。苯板和现浇混凝土的厚度可

通过计算得出。此种方法的优点是比

较适合渠道现状，较美观；缺点是工

期长，施工质量较难控制，不适应工

程在干渠输水间隔期施工。

另一个是预制混凝土板方案。把

旧混凝土冻胀隆起的部分压平后，

在上面铺设保温板（聚苯保温板），

然后铺一层土工膜，用砂浆找平后，

铺筑混凝土板。此种方法的优点是

混凝土板可集中预制，混凝土质量

易控制，集中铺砌，适应工程在干

渠输水间隔期施工，工期短；缺点

是混凝土板尺寸固定，难以适合渠

道现状尺寸。

四、本文小结

对于已建成并交付使用的渠道，

防止冻害是一个很难解决的问题。一

般情况下，为防止冻害，采取加深基

础和换砂等方法都不可行；如果采用

保温材料覆盖（如覆盖稻草等），也

还要保证其干燥、不被人为破坏或不

被风刮走，并要经常维护，年复一年

的重复，很麻烦。而采用聚苯板对受

冻害渠道进行防冻坏处理，经过实

验证实，这是完全可行的。两种方

案中选择聚苯板的具体要求是：一

是要选择重质聚苯板，其抗压强度

不得小于２ｋｇ／ｃｍ２。二是聚苯板的厚

度选择可以根据实际基础埋深与规定

最小埋深之差选定，一般为１０∶１，

即每１０ｃｍ埋深差量选１ｃｍ厚保温

板，依据是，一般湿土的导热系数为０．２～０．５ｗ／ｍｏｋ，聚苯板的导热系数为０．０３～０．０５ｗ／ｍｏｋ。经过多种方案比

较，我们认为采用旧板不拆加铺新板

的方法修复渠道是最优方案。

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