灌区水工建筑物设计施工受破坏原因及应对措施分析

灌区水工建筑物设计施工受破坏原因及应对措施分析

牛志新

南京市水利规划设计院股份有限公司新疆分公司

摘要：水工结构中最容易被忽视和最重要的问题是伸缩缝的水密性。 因为万一漏水。 其后果尤为严重。 在介绍了某工程的概况和损坏情况的基础上，分析了前池和主干三泵站下游注水后损坏的原因，指出了水的重要性伸缩缝的止水作用及规划施工应考虑的问题。 为水工结构的设计和施工提供参考。

关键词：水工结构；设计和施工；损坏原因；对策

1项目概况

动力泵灌工程为大型高扬程动力泵灌工程，主河道总长98.58km，设计流量17m%，最大支护流量20m3/s。主干涵为预制混凝土板与圆拱砂浆和直墙砌体的混合结构，一侧为聚氯乙烯水泥，另一侧为二毡三油。暗渠的基础是山脉与山前冲积扇之间的山谷中的砂砾堆积。暗渠入口处有一条古槽，槽内自然填满风积沙，结构松散，泡水后易下沉。主干3泵站前池为侧向进水池，由集水室、坡段和平段三部分组成。坡段厚度为30cm，平段厚度为25cm，左右侧墙为现浇混凝土200重力挡土墙。前池伸缩缝采用橡胶止水带密封，止水带前后缝填充沥青木棉板。

2 破坏情况

2.1 三泵站前湾

前盆注水2天后，右侧灯体顶部向外倾斜4.5厘米，侧壁多处漏水。关机后发现漏电。有的楼层有类似三角形的裂缝，长5m，高2.34m，有多处裂缝的楼层多达8层，裂缝10处，裂缝长度约0.9-4。矿石，宽约0.3.1.5厘米。在拆除开裂的混凝土地板过程中，发现在与泄漏点相连的水池底部下方的地基中形成了一个约1 m的大坑。

2.2 排水不足

暗渠伸缩缝周围的回填土在通水后明显下陷，伸缩缝开始渗漏。涵洞入口13拱右脚部分拱顶似乎与侧壁分离，涵洞周围出现3个约1厘米宽的沉降裂缝。

3 破坏原因

3.1 地质条件复杂的情况下，不进行地基处理

涵洞的地质勘查没有详细的记录和描述，其实涵洞底部有一条古沟，只是长期使用时被风沙掩埋，所以没有运输。施工过程。然后，洪水过后，

砂石沉降不同导致局部不均匀沉降，暗渠底部出现裂缝，进一步加大渗漏量。进入暗渠的水在流动时会携带一些流沙，挖空地基并损坏暗渠。三泵站前盆地基在沟壑和边缘区，下伏结构发生强烈而复杂的变化：岩石、斜坡沉积物、强风化层等。左墙为风成淤泥-细砂层和冲积砾砂层，分布不规则。

3.2 设计不符合设计要求

第三泵站前池底回填时，未按实际设计图纸施工，造成事故。回填结构在施工图中有明确规定，施工前应清理池底，彻底清洗池底，保证清洁。但在实际施工中，池底没有先清理干净，在填土施工中采用人工压实的方法代替机器压实，干密度不符合规范的标准要求，造成池底的差异。浸泡后的沉降度。发生倒塌，导致地板开裂。

3.3 补偿器泄漏

经检查损坏现场，发现涵洞内碳化现象明显，水泥与接缝墙未有效粘结。在实际的伸缩缝施工中，阻水层使用的材料多为聚氯乙烯水泥。这种材料对施工工艺有严格的要求。施工过程中一旦出现小差错，就会对施工质量产生重大影响。基本上，问题的原因在于PVC的施工工艺不当，导致暗渠地基空鼓，出现损坏现象。三个泵站前池底施工，未按规定要求设置橡胶止水带，位置和质量不符合规范，没有真正发挥止水效果，导致裂缝的发生。

4 对策

4.1 伸缩缝的处理

在处理三泵站上游水库中的补偿器时。采用埋入橡胶止水带的方法。派专人负责，特别是如果是特殊的基金会，例如B. 弱中间层。注意埋地接缝胶带的质量，减少接缝胶带扭曲、移位或不嵌入混凝土的现象。避免形成泄漏通道。避免水力结构损坏的发生。

4.1 技术考察

除常规工程勘察外，还需了解项目场地地下水深度及进出流情况、土壤类型、粒度、含水量、导热系数、系数等，最冷月平均气温、年平均气温、日平均最低气温等；结冰条件、冻土条件等防冻基础。

这些信息构成了运河及其水工结构防冻设计的基础。

4.3 设计考虑

(1)更换无霜土基础。底土置换是一种廉价的防冻处理形式，它不仅改变了底土的结构，而且还具有一定的保温效果。它的优点是：（1）如果在运河附近有大量的备用材料，成本可以很低； (2)由于通道基础更换彻底，如果质量符合要求，可以更换通道，保证减少冻害。计算设计深度、地基设计冻结深度和土的霜浮力量后，根据施工质量、太阳辐射、藤荫等条件，降低地基深度和霜浮力的因素，进行底土更换设计时可考虑回填土。由于沙子、卵石、砾石等的毛细作用小，上升高度小，不利于水向下伏土层迁移，在冻结过程中具有水的逆挤压特性. 更换为无霜提升土（沙子、砾石、砾石等）。

（2）铺设苯板保温也是防止渠基土冻胀所采用的一种防冻胀处理形式。它只有保温作用，不对基土进行回填。具有以下优点：①抗冻效果好，采用 10cm 的苯板即达到了换填 100cm 砂或黏土的保温效果；②施工方便，渠道开挖断面小。不对基土进行扰动，直接将苯板置于基土上，在苯板上直接进行衬砌材料的施工；③在一定条件下造价便宜，使用的施工机械少，人工省。采用苯板，不进行基土换填，避免了大量土方机械的使用。当基土换填材料运距大于一定距离时，其造价低的优势立即显现。苯板防冻胀材料的缺点是：在一定条件下，同换填相比，造价较高。当基土换填材料运距小于一定距离时，其造价明显高于换填处理。

(3)避免冻害的结构措施。由于大U型衬管承受水平冻胀力的能力较弱，冻胀残余变形较大，而小U型衬管整体性强，抗冻胀力倒拱底大于平坦的一层通道。为避免冻害，流量大于2m3/s的风管宜设计成梯形截面，流量小于2m3/s的风管宜设计U型截面，避免设计窄和深横截面的管道。近年来对运河砌体的保护表明，宁夏引黄灌区衬砌运河混凝土板强度在C15以上，板厚6-10cm，板缝能满足要求。采用C20微膨胀细粒混凝土防冻融，梯形断面坡度设计为1：1，U型断面直板与圆弧面夹角为23.50°。对于小断面U型斗农运河，宜用两块板组成一个砖断面，支流宜用几块混凝土板组合成一个砖断面。

(4)隔离措施。隔水措施：水的热容量是所有物质中最大的，水结冰时释放的潜热能有效降低结冰深度。经验表明，1.0 m 厚的冰层对应于 2.0 m 厚的冰层。保温材料铺设：水工建筑物以聚苯乙烯泡沫板或水泥泡沫珍珠岩砂浆为基础保温材料，冻驱基土小于Ⅱ级时，可双向铺设，其厚度可以是1/10~1/15。

(5)排水措施。如果土壤中的含水量超过冻胀的原始含水量，应尽量将其清除，并采取措施防止地表水或地下水侵入。下水道应尽可能高，以尽可能减少对地下水的危害。运河旁将种植柳树和杨树，用于生物排水。

(6)隔离措施。水工建筑物基础外墙应在设计冻结深度范围内涂刷2厘米厚的疏水性沥青材料防水层，挡土墙背面应平整光滑。砌筑挡土墙应用水泥砂浆抹平，以提高底土和基础外墙的抗冻强度，使底土的冻胀不影响建筑物的稳定性。

4.4 设计考虑

当室外昼夜平均温度低于3℃时，混凝土施工或重要工程应停止施工时采取保温措施；对有抗冲击、耐磨要求的严重冻土部位，应严格按照规范标准搭建加筋砂浆保护层。

使用非冻胀材料代替冻胀基础时，需要控制粒径小于0.05mm，时间含量必须小于总质量比的6%。检查回填土的比重等。

4.5 运营管理

农田冬灌是宁夏黄河绕道灌区必不可少的一个环节，一般来说，越晚越冬灌溉，农田墒情越好，高产的机会越大，情况越严重混凝土衬板的冻害。通过目前的研究发现，10 月下旬至 11 月下旬是冬季灌溉的最佳时间，以确保农田有足够的水分，防止混凝土衬砌渠道的冻害。同时，在冬季灌溉的情况下，应尽可能缩短渠道的通水时间，减少地下渗漏，停水后应及时排除明水，以保持运河无霜。来年开灌前，对渠道进行全面检查，及时修复破损部位，避免破损面积扩大，将损失降到最低。

5. 结论

上述各项防冻措施，具体工程应采用哪些防冻措施，必须结合下水道和建筑物的应用要求、水文地质条件和当地情况确定。目前经济、高质量的运河和水工结构的防冻保护破坏与破坏技术仍在不断试验研究中，作为水上救援人员，应不断总结防冻解冻经验，掌握水工建筑物冻害原因，不断探讨和应用先进技术和措施。

参考文献：

[1]梅孝威．水利工程管理[M]．郑州：黄河水 利出版社．2021．

[2]管枫年，洪仁济．涵洞一灌区水工建筑物 丛书[M]．北京：水利电力出版社，2019．

[3]华东水利学院．水工设计手册[M]．北京： 水利电力出版社．2017．