徐建新

山丹縣地處青藏高原和蒙新高原交界的河西地帶，南北高山對(duì)峙，東西貫通，呈走廊形狀。古絲綢之路橫穿東西，是古代“絲綢之路”上的交通要道。年室內(nèi)平均溫度0.9℃，極端最高溫度28.4℃，極端最低氣溫為-26.9℃，年平均降雨量為363mm，年平均蒸發(fā)能力為1494mm，最高凍土層深度為193cm，屬于大陸性高寒半干旱氣候。

白石崖渠是山丹主要的輸水渠道，距山丹縣城85km，地處祁連山高寒地區(qū)，設(shè)計(jì)斷面為窄深式漿砌石梯形明渠斷面。本次改建為白石崖舊渠及總干渠。白石崖渠每年從5月10日引水至11月15日結(jié)束。為完成本次渠道改建任務(wù)，從停水之日進(jìn)行冬季施工。在海拔4000多米的高寒地區(qū)，為了防止出現(xiàn)各種凍脹破壞現(xiàn)象，首先對(duì)造成白石崖渠道凍脹破壞的原因進(jìn)行分析，是保證工程質(zhì)量的前提。然后針對(duì)破壞原因分階段采取措施，從施工準(zhǔn)備、混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)各施工環(huán)節(jié)加以控制，是建設(shè)管理過程中亟待解決的問題。最后制定切實(shí)可行的保障措施，落實(shí)各環(huán)節(jié)、全過程質(zhì)量建設(shè)管理，才能最終保證工程質(zhì)量，確保渠道的良好有效運(yùn)行，推動(dòng)灌區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)與縣域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

一、混凝土破壞的種類及成因分析

影響混凝土凍脹破壞首要因素是混凝土基礎(chǔ)的抗凍脹破壞，指標(biāo)主要是凍土深度及土質(zhì)的含水量，含水量大的，凍脹破壞嚴(yán)重，含水量小的，凍脹破壞就小。其次是混凝土的抗凍脹強(qiáng)度?；炷量箖雒洀?qiáng)度高，破壞力就小，混凝土抗凍脹強(qiáng)度低，破壞力就大?；炷潦嵌嗫仔越Y(jié)構(gòu)體，在一般水利工程建設(shè)中，從利用和工程設(shè)計(jì)要求，往往厚度較小，這樣就造成透水能力也較強(qiáng)。當(dāng)?shù)叵滤桓叩臅r(shí)候，土壤凍脹率隨著土壤含水率的提高而上升，極易造成混凝土凍脹破壞；因此防治凍脹破壞的關(guān)鍵是做好混凝土基礎(chǔ)的換基處理，減少渠基土的含水量，同時(shí)提高混凝土的抗凍強(qiáng)度。

（一）混凝土在低溫的凍脹破壞

因混凝土具有抗壓強(qiáng)度高但抗拉穩(wěn)定性低的特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)受拉伸與不平衡的變化能力差，因此在凍脹力影響下容易形成破裂，從而使混凝土形成凍脹、裂紋，而凍脹裂紋通常發(fā)生于厚度變化很大的砼板順?biāo)鞣较蚣盎A(chǔ)部位。

（二）基礎(chǔ)含水量較多的建筑物隆起架空

在地下水位較多的位置，因?yàn)榍c地下水道間距較近，地面凍脹水量較大，而渠頂凍脹水量較小，因此承載力不均，導(dǎo)致水泥板凸起架空，情況通常發(fā)生在地面坡腳及表面上方0.5～1.5m坡長處的渠底中。

（三）渠床土壤過多持水性導(dǎo)致混凝土板破裂

土壤的膨脹水量多少也和土壤含水率有關(guān)，黏性土、壤土、由于晶粒較細(xì)持水性能力多，因而容易產(chǎn)生凍脹，砂礫土、戈壁風(fēng)區(qū)土壤、由于粗粒土壤的持水性能力較弱，又因?yàn)橥寥篮噬?，因而不易產(chǎn)生凍脹。

二、高寒地區(qū)受溫度變化影響引起裂縫

施工建筑的外部環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)在產(chǎn)生相當(dāng)大溫度改變之后，混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性也會(huì)改變（熱脹冷縮），通過室內(nèi)外溫度相互作用的效應(yīng)，建筑物的狀態(tài)改變，這就引起了建筑物結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張或閉合。結(jié)構(gòu)的形狀在不可避免程度上會(huì)形成應(yīng)力，當(dāng)建筑物的外部環(huán)境以及內(nèi)在溫度影響超過了其抗拉強(qiáng)度，裂紋即可產(chǎn)生，而這種情形業(yè)內(nèi)就叫做高溫裂紋。而高溫?cái)嗔训闹饕攸c(diǎn)就是受內(nèi)部環(huán)境溫度沖擊非常大，溫度變化迅速的因素如下：

（一）水化熱

由于工程施工的過程中使用水化的介質(zhì)從而造成內(nèi)部溫度過大，使建筑構(gòu)件的內(nèi)部溫度增加，進(jìn)而導(dǎo)致建筑構(gòu)件的外表產(chǎn)生裂紋。

（二）在冬季澆筑時(shí)

工程措施一定要嚴(yán)格合理，混凝土結(jié)構(gòu)驟冷驟熱很大概率會(huì)產(chǎn)生建筑構(gòu)件的崩壞產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，在冬季，混凝土施工還須做好必要的養(yǎng)護(hù)工作，避免混凝土結(jié)構(gòu)與外界溫度相差過大。

三、混凝土防治凍脹的技術(shù)及措施

為防治凍脹，必須分析凍脹的型式，針對(duì)不同凍脹采取不同的措施進(jìn)行防治。但實(shí)踐已經(jīng)證明，對(duì)于混凝土渠道的凍脹，應(yīng)根據(jù)造成凍脹的主要原因，并針對(duì)其具體情況制定技術(shù)方法。從設(shè)計(jì)規(guī)劃布局、地表土質(zhì)置換、給排水、保溫措施、澆筑襯砌的構(gòu)造方式、建筑材料、安裝要求、管理維護(hù)等角度入手，綜合考慮，選擇合理的防凍方法。現(xiàn)把實(shí)際中一些比較合理的凍脹預(yù)防辦法說明如下。

（一）采取防止發(fā)生凍脹量的天然條件

為了解決凍脹問題，要在混凝土渠道施工的方案設(shè)計(jì)中，考慮凍脹因素，改善產(chǎn)生凍脹天然條件，防止凍脹現(xiàn)象對(duì)渠道混凝土渠道的破壞。盡量避免粘質(zhì)土質(zhì)、采取措施降低地下水位。通過基土置換，降低含水率，將渠道建在凍脹破壞小的基礎(chǔ)之上。同時(shí)在渠線的布置上盡量選擇地勢高的脊梁地區(qū)。對(duì)于地下水位高有回歸水的渠段，設(shè)置排水設(shè)施，降低地下水位，改善基礎(chǔ)的含水率，防止凍脹問題的發(fā)生。

（二）降低混凝土渠道凍脹量的辦法

由于凍脹消融的破壞，造成混凝土渠道的滲漏，影響了渠道的使用壽命。為解決凍脹問題，因地制宜、因時(shí)施策采取措施，防止凍脹的發(fā)生，減少混凝土的凍脹破壞，延長混凝土的使用壽命，確保水利工程發(fā)揮效益。

1.置換處理法。在凍土深度內(nèi)，通過換基處理，改善基礎(chǔ)含水率，減低凍脹因素。通常將粘性土改為透水性強(qiáng)的墊層、戈壁石、風(fēng)積砂辦法。目前主要是選擇2～4cm的砂礫石墊層，因砂礫石墊層透水性強(qiáng)、含水率低，本身并不能形成凍脹，而且還可以排除滲漏和防止下層水上下的流動(dòng)。所以置換處理基礎(chǔ)可以更有效地降低土壤含水率，從源頭防止凍脹情況的發(fā)生。經(jīng)過換基處理的砂礫石墊層，含土量一般不得超過5%，尤其是地下水位高，還應(yīng)考慮在墊層下設(shè)置濾管進(jìn)行排水，減少凍脹因素。

2.隔熱保溫法。將隔熱工程保溫材料布置于混凝土板的襯砌體后面，可以緩解或減輕土地低溫狀況，并可降低換填與處理墊板深度，從而隔斷下部土地的水分供應(yīng)，進(jìn)而緩解或消除渠床的凍深與凍脹。向渠道地表泥土中添加高鹽分、氯化鈣等可溶鹽類物質(zhì)，也能夠使土地在特定的嚴(yán)寒氣溫下保持不結(jié)凍狀況，從而能夠高效地降低土體內(nèi)凍脹現(xiàn)象發(fā)生率。

3.基土壓實(shí)法。對(duì)于沒有條件改善的基土，通過晾曬壓實(shí)，提高土壤的干密度，減少孔隙率，降低透水性?；镣ㄟ^壓實(shí)，提高了密實(shí)度，具有減少水滲透、水流動(dòng)，從而降低或減輕土壤凍脹的能力。

（三）加入有機(jī)硅防水材料

在混凝土中添加長效減水劑和憎水劑，能夠改善混凝土的流動(dòng)性，使得它的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，提高強(qiáng)度，同時(shí)還能夠保證在不改變混凝土強(qiáng)度的時(shí)候，節(jié)省水泥的用量，提高抗凍脹能力。另外也可將減水劑在渠道上直接涂刷，從而增強(qiáng)渠道的防滲、節(jié)水、防凍融剝蝕等能力，增加混凝土渠的使用壽命。水利工程在冬季行水期間，對(duì)存在凍脹滲漏的應(yīng)加以維修處理，減少凍脹產(chǎn)生的條件，降低凍脹量，避免產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。為避免渠道凍脹還應(yīng)該在工地、管道工作時(shí)加以控制，比如適當(dāng)?shù)耐粱鶋簩?shí)量，嚴(yán)密的施工控制管理、有效的管道破裂修復(fù)等。管道冰河腐蝕治理是貫徹在管道的建設(shè)、安裝和運(yùn)營管理的各個(gè)方面，對(duì)于管道冰川腐蝕也需要通過運(yùn)行技術(shù)來控制，保證管道的安全運(yùn)行。

四、高寒地區(qū)冬季混凝土施工溫度控制

（一）混凝土骨料預(yù)熱

在冬季施工中，為防止混凝土凍脹，必須在各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制，確?；炷临|(zhì)量。首先是對(duì)砂石骨料等原材料進(jìn)行預(yù)熱。在這方面，常見的方法分為對(duì)混凝土的蒸汽進(jìn)行加熱和對(duì)骨材進(jìn)行加熱。其中，通常需要設(shè)置一種大容量的儲(chǔ)罐，其容量以施工的實(shí)際狀況為基礎(chǔ)決定，罐體材料一般以耐高溫的材料為主，但如果使用水蒸氣進(jìn)行預(yù)熱，則應(yīng)采取外層保護(hù)措施，防止失溫。而原材料的加熱方法通常以蒸汽升溫為主，先對(duì)施工棚進(jìn)行密封，然后在原材料中敷設(shè)預(yù)熱管線，通過水溫以增加原材料的工作溫度。此外，還可以在材料堆放的地下建立保溫儲(chǔ)藏間，或在儲(chǔ)藏間地上鋪設(shè)管子，并在上面包覆一層帆布，由此構(gòu)成了一個(gè)充分密閉的工作空間，對(duì)骨料進(jìn)行集中升溫，以取得理想的保溫效果。如工作棚無法密閉時(shí)，也可以直接對(duì)骨料進(jìn)行覆蓋保溫，在骨料堆放的表面鋪設(shè)保溫地毯，提高砂石骨料的溫度。同時(shí)為了提高攪拌均勻保溫效果，也可對(duì)拌合站采取保溫供暖措施，確保骨料處于常溫狀態(tài)。

（二）運(yùn)輸保溫

混凝土拌和完成后，由于外界溫差過大，混凝土水化熱能很快降低，為確?；炷恋臏囟刃枰瑧?yīng)當(dāng)對(duì)運(yùn)輸環(huán)節(jié)采取保溫處理。目前最普遍的保溫方法主要包括以下幾種：（1）使用專門的罐車對(duì)混凝土實(shí)施裝運(yùn)，罐車是一種密閉單元，外界的冷空氣不容易進(jìn)入，混凝土溫度降溫小，水化熱散熱低。（2）對(duì)運(yùn)輸車輛采取保溫措施進(jìn)行包裹或?qū)炷吝M(jìn)行覆蓋，減少混凝土運(yùn)送時(shí)混凝土溫度的下降；（3）合理設(shè)置拌合站，減少混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，一般不得超出30分鐘。

（三）澆筑溫度控制及養(yǎng)護(hù)

混凝土施工中，由于混凝土在低溫情況下降溫較快，加劇了混凝土水化熱的損失，因此，需要采取相應(yīng)措施以防止熱能的大量喪失。在施工進(jìn)行之前，就必須做好各種準(zhǔn)備工作，首先：對(duì)澆筑作業(yè)面進(jìn)行清倉處理，確保作業(yè)面干凈；其次對(duì)模板架設(shè)進(jìn)行校正檢查，采取外表的保溫措施，并進(jìn)行定位固定，以防止因?yàn)闇乜卮胧]有落實(shí)而造成混凝土受凍；再次加快混凝土的入倉速度，減少混凝土在寒冷氣候的裸露時(shí)間并及時(shí)進(jìn)行振搗，確?；炷恋拿軐?shí)；最后快速地對(duì)混凝土進(jìn)行抹平壓光，對(duì)未架設(shè)模板的混凝土渠道搭設(shè)養(yǎng)護(hù)棚，采取電暖器吹風(fēng)供熱或棉被覆蓋的方式保溫，必要的時(shí)候在棉被上加蓋復(fù)合土工膜，確保混凝土溫度達(dá)到0℃以上，按照混凝土的養(yǎng)護(hù)要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保混凝土的齡期質(zhì)量。

五、結(jié)語

根據(jù)以上所述，在高寒山區(qū)冬季混凝土澆筑時(shí)，要搞好混凝土施工控制，凍脹問題一直是混凝土渠道中質(zhì)量控制的重點(diǎn)，首先要分析混凝土凍脹的因素，然后從混凝土澆筑骨料的預(yù)熱、混凝土運(yùn)輸保溫、混凝土施工控制，以防止混凝土受凍產(chǎn)生凍脹腐蝕，確保高寒山區(qū)的混凝土澆筑安全。

（作者單位：山丹縣水務(wù)局）