论文部分内容阅读
【摘要】为了解决灌区水工建筑物损坏的问题,针对灌区夏季酷热,冬季严寒,土壤中普遍含盐碱,在强烈的冻融和盐蚀下,致使水工建筑物遭到程度不同的损坏实际,根据实地调查,测试和有关资料分析,找出了破坏原因,并提出防治措施。
【关键词】水工建筑物;损坏因素;盐蚀;冻胀;防治
Damage reasons and prevention measures of hydraulic structures in Xiker reservoir irrigation area
Li Hai-sheng1, Gang Han2
(1. Xinjiang Kashi Xiker Reservoir Management OfficeJiashiXinjiang844312;
2. Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Survey and Design InstituteUrumqiXinjiang830000)
【Abstract】In order to solve the problem damaged irrigation hydraulic structures for irrigation in summer heat and winter cold, the soil generally contains salt, in the intense freeze-thaw and salt corrosion, the result of hydraulic structures have been damaged in varying degrees the actual , according to field investigations, testing and related data analysis to identify the causes of damage and proposed control measures.
【Key words】Hydraulic structure; Damage factor; Salt corrosion; Frost heaving; Control
1.本情况
西克尔水库位于新疆喀什地区伽师县境内,水库是以灌溉养殖为主,兼防洪的灌注式平原水库。灌区年平均气温11.7。C,极端最高气温41.2。C,极端最低气温-22.5。C,年降水量62.2mm,年蒸发量2251.5mm,最大冻土深61cm,年平均积雪深度约10mm,最大冻土深度61cm,。
水质及冰情:地表水化学类型为SO42-•Ca2+型水,具溶出型弱腐蚀,具碳酸型弱腐蚀,对普通水泥具结晶类硫酸盐型强腐蚀,对抗硫酸盐型水泥无腐蚀型。地下水化学类型为SO42-•Na+型水,具一般酸性腐蚀,具碳酸型强腐蚀,硫酸镁性中等腐蚀,对普通水泥具硫酸盐型对抗硫酸盐性水泥具强腐蚀性。地表水和地下水对纲结构具中等腐蚀。
本区水工建筑物损坏主要形式:
1.1渠首:引水不大,冲沙量小,加之水流挟沙量大,造成不少渠首上下游严重淤积。
1.2水冻:由于防浪护坡简陋,地基处理较差和冰推、风浪等,水库迎水坡水面以上冲成陡坎,水下部分坝坡成为海滩状,干砌石护坡沉陷、变形。
1.3渠道:边坡滑坍,护面损坏。渠坡冻胀土冻融后,因抗剪强度变小,边坡失去稳定产生坍塌,排水沟重于灌水渠,深沟重于浅沟,土壤含盐越多,滑坍越重。
1.4建筑物:翼墙断裂,隔墙拔起,护坝破裂,中墩隆起。
1.5水闸:启闭设施不同程度的损坏,锈蚀,启闭不灵或闸门门板蚀烂。
2. 水工建筑物破坏的成因分析
灌区水工建筑物使用寿命短,损坏严重,除了结构设计不合理,在水重及水压压力等荷载的作用下,在建筑物内部引起应力及应变等外,还因建筑物自身强度钢度不够,致使出现裂缝,变形过大,引起建筑物失去稳定,管理不善,维修不够,运行不合理,灌溉渠道出现冰冻融解造成地基及两岸土体的渗透变形。此外,盐蚀和风力也是主要的影响因素。
2.1冻融破坏。
灌区地下水位埋深多为1～3m,冬季寒冷,冰冻指数高,土质大多为黏土,壤土和粉沙土类,存在严重冻害破坏的自然条件。实施调查看出土壤中的水分在负重条件下结成冰晶,使土体膨胀,含水率越高。因建筑物或砌层约束了土体的冻胀变形而产生巨大的推力,使衬砌护面遭到破坏,许多建筑物受冻胀破坏严重。
2.2盐蚀破坏。
受地理因素、自然气候和人为因素的影响,灌区不同程度地受盐碱危害,多以氯盐土为主。
盐碱对水工建筑物产生危害的原因:
2.2.1盐胀:土壤中的盐分析出并吸水结晶时,体积膨大而产生盐胀。硫酸盐盐胀最严重。夏季溶解度最高,随着气温的降低,溶解度逐渐降低,动机盐分析并出结晶,体积膨大,挤压四周土体,在土壤空隙不能容纳全部晶体时,土体将慢慢向上隆起而膨胀。土体在膨胀与收缩反复交替作用下,形成松胀层,致使建筑物基础不稳定。土坝上游面混凝土板护坡因盐胀而导致破坏,尤其是对渠系的破坏很大。
2.2.2可溶性盐分对建筑材料产生危害:调查证明当土中氯盐含量大于5%时,对水泥和石灰产生腐蚀作用,使加固土的密度和水稳性降低。硫酸盐含量大于1%时,除具有腐蚀性作用外,还因盐胀使水泥加固土、砂浆、混凝土等产生疏松、剥落、掉皮等严重侵蚀现象。可溶性盐分对砖、金属件、橡胶、木材等也具有不同程度的腐蚀作用。
2.3受风浪作用破坏。
灌区风沙天气一年达200多天,年平均风速在3m/s以上,瞬间最大风速为20～30m/s,西克尔水库为平原水库,水库和大坝和渠堤多为就地取材修筑。
坡浪对水利工程的破坏表现在:
当波峰冲击坡面时,形成较大射流,动能变为势能,波浪沿护坡面上爬,板前水位高于板后水位,护坡承受正压力;随着风力的减弱,沿坡面上爬的波浪在重力作用下迅速回落,势能转变为动能,由上而下冲击波谷,致使板前水位低于板后水位,护坡板承受扬压力。在波浪反复冲击下,护坡混凝土板不断承受正、负压力的交替变化。风力越大波浪越高,对护坡板产生的正负压力则越大,当板后扬压力超过混凝土板的自重时,板将被顶起,发生移位。受隔墙作用,摩阻力增大,板与板之间分缝阻力较小,使板缝处向外凸出,发生变形,板缝增宽,而板下易出现液化或被波浪掏空。悬空的混凝土板在波浪的拍打下产生断裂。
2.4施工质量得不到保证。
混凝土水灰比过大,拌和、浇筑、振捣、养护差,降低了混凝土强度和抗渗、抗冻性能,加速了混凝土的碳化。建筑物背面回填土夯压不实,土料选择不合理等。
3. 防治措施
防治措施应视本地自然气候和水文地质条件、土壤质地和盐碱含量、建筑物等级、材料来源、冬季运行情况及当地社会经济状况而定。
3.1精心设计提高工程使用寿命。
3.1.1总结灌区经验不足,合理选择建筑物类型与材料。既要考虑经济条件,更要考虑经久耐用。时间证明,某种结构类型的使用时间和地点不能到处搬用。
3.1.2应严格工程建设程序,确保工程质量。西克尔水库属典型的“三边”工程。致使工程不能认真按勘察、规划、设计、复核、审定、施工、验收的程序进行,造成工程建设和运行管理中出现许多问题。
3.1.3设计中对冻胀和盐渍土的危害充分重视,认真分析工程地质和水文地质条件,对不同类型的盐渍土采取不同的处理措施。
3.2重视施工质量,严把施工质量关。
3.2.1施工质量的高低,关键在于施工者和监理者,施工人员和监理人员要树立质量意识,提高施工水平,建立严格的质检验收制度。
3.2.2换填措施:将冻层内的盐渍土、冻胀土的部分或全部换成非冻胀土。置换的多少应视建筑物的基本要求和渠基土下水埋深而定。同时应对置换基础进行严格的碾压(夯实)。在置换材料与混凝土之间,铺设一层防渗材料,可起到良好的防渗、防盐碱和抗冻胀作应。这在新疆地区许多地方得到证实。
3.3强化工程运行管理,确保运行安全。
做好水利灌溉工程运行、维护和管理,提高工程效益,是各单位的共同要求,但工程一旦建好交付使用后就随便运行,从而造成许多灌溉区设备普遍损害。随着灌区使用时间的增长,损害将越来越严重,因此必须强化工程运行管理。
3.3.1建立健全灌区工程运行管理的各项规章制度。
3.3.2注重运行和维修人员技术素质的提高,以提高工作技能。
3.3.3严格按照科学的要求实施工程运行管理,杜绝长官意志的行政命令式的运行方式。
3.3.4做好工程的上防、下排,是防治冻胀和盐蚀对建筑物破坏的有效途径。
3.3.5保证工程修建费用的及时、足额到位,确保对工程的及时维护和养护,避免工程带病运行。
总之,水工建筑物损害是多种因素综合造成的,只要规划、设计合理,施工质量好,并正确运行和及时维修,就能够延长工程使用寿命,发挥其最大效益。
[文章编号]1006-7619(2010)03-01-113
[作者简介]李海生(1982-),男,汉族,助理工程师,新疆喀什地区盖孜河流域管理处水库安全管理人员,从事水库运行管理工作。韩刚(1980-),男,汉族,工程师,新疆水利水电勘测设计研究院工程技术人员,从事水资源利用规划及水利水电工程设计工作。
【关键词】水工建筑物;损坏因素;盐蚀;冻胀;防治
Damage reasons and prevention measures of hydraulic structures in Xiker reservoir irrigation area
Li Hai-sheng1, Gang Han2
(1. Xinjiang Kashi Xiker Reservoir Management OfficeJiashiXinjiang844312;
2. Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Survey and Design InstituteUrumqiXinjiang830000)
【Abstract】In order to solve the problem damaged irrigation hydraulic structures for irrigation in summer heat and winter cold, the soil generally contains salt, in the intense freeze-thaw and salt corrosion, the result of hydraulic structures have been damaged in varying degrees the actual , according to field investigations, testing and related data analysis to identify the causes of damage and proposed control measures.
【Key words】Hydraulic structure; Damage factor; Salt corrosion; Frost heaving; Control
1.本情况
西克尔水库位于新疆喀什地区伽师县境内,水库是以灌溉养殖为主,兼防洪的灌注式平原水库。灌区年平均气温11.7。C,极端最高气温41.2。C,极端最低气温-22.5。C,年降水量62.2mm,年蒸发量2251.5mm,最大冻土深61cm,年平均积雪深度约10mm,最大冻土深度61cm,。
水质及冰情:地表水化学类型为SO42-•Ca2+型水,具溶出型弱腐蚀,具碳酸型弱腐蚀,对普通水泥具结晶类硫酸盐型强腐蚀,对抗硫酸盐型水泥无腐蚀型。地下水化学类型为SO42-•Na+型水,具一般酸性腐蚀,具碳酸型强腐蚀,硫酸镁性中等腐蚀,对普通水泥具硫酸盐型对抗硫酸盐性水泥具强腐蚀性。地表水和地下水对纲结构具中等腐蚀。
本区水工建筑物损坏主要形式:
1.1渠首:引水不大,冲沙量小,加之水流挟沙量大,造成不少渠首上下游严重淤积。
1.2水冻:由于防浪护坡简陋,地基处理较差和冰推、风浪等,水库迎水坡水面以上冲成陡坎,水下部分坝坡成为海滩状,干砌石护坡沉陷、变形。
1.3渠道:边坡滑坍,护面损坏。渠坡冻胀土冻融后,因抗剪强度变小,边坡失去稳定产生坍塌,排水沟重于灌水渠,深沟重于浅沟,土壤含盐越多,滑坍越重。
1.4建筑物:翼墙断裂,隔墙拔起,护坝破裂,中墩隆起。
1.5水闸:启闭设施不同程度的损坏,锈蚀,启闭不灵或闸门门板蚀烂。
2. 水工建筑物破坏的成因分析
灌区水工建筑物使用寿命短,损坏严重,除了结构设计不合理,在水重及水压压力等荷载的作用下,在建筑物内部引起应力及应变等外,还因建筑物自身强度钢度不够,致使出现裂缝,变形过大,引起建筑物失去稳定,管理不善,维修不够,运行不合理,灌溉渠道出现冰冻融解造成地基及两岸土体的渗透变形。此外,盐蚀和风力也是主要的影响因素。
2.1冻融破坏。
灌区地下水位埋深多为1～3m,冬季寒冷,冰冻指数高,土质大多为黏土,壤土和粉沙土类,存在严重冻害破坏的自然条件。实施调查看出土壤中的水分在负重条件下结成冰晶,使土体膨胀,含水率越高。因建筑物或砌层约束了土体的冻胀变形而产生巨大的推力,使衬砌护面遭到破坏,许多建筑物受冻胀破坏严重。
2.2盐蚀破坏。
受地理因素、自然气候和人为因素的影响,灌区不同程度地受盐碱危害,多以氯盐土为主。
盐碱对水工建筑物产生危害的原因:
2.2.1盐胀:土壤中的盐分析出并吸水结晶时,体积膨大而产生盐胀。硫酸盐盐胀最严重。夏季溶解度最高,随着气温的降低,溶解度逐渐降低,动机盐分析并出结晶,体积膨大,挤压四周土体,在土壤空隙不能容纳全部晶体时,土体将慢慢向上隆起而膨胀。土体在膨胀与收缩反复交替作用下,形成松胀层,致使建筑物基础不稳定。土坝上游面混凝土板护坡因盐胀而导致破坏,尤其是对渠系的破坏很大。
2.2.2可溶性盐分对建筑材料产生危害:调查证明当土中氯盐含量大于5%时,对水泥和石灰产生腐蚀作用,使加固土的密度和水稳性降低。硫酸盐含量大于1%时,除具有腐蚀性作用外,还因盐胀使水泥加固土、砂浆、混凝土等产生疏松、剥落、掉皮等严重侵蚀现象。可溶性盐分对砖、金属件、橡胶、木材等也具有不同程度的腐蚀作用。
2.3受风浪作用破坏。
灌区风沙天气一年达200多天,年平均风速在3m/s以上,瞬间最大风速为20～30m/s,西克尔水库为平原水库,水库和大坝和渠堤多为就地取材修筑。
坡浪对水利工程的破坏表现在:
当波峰冲击坡面时,形成较大射流,动能变为势能,波浪沿护坡面上爬,板前水位高于板后水位,护坡承受正压力;随着风力的减弱,沿坡面上爬的波浪在重力作用下迅速回落,势能转变为动能,由上而下冲击波谷,致使板前水位低于板后水位,护坡板承受扬压力。在波浪反复冲击下,护坡混凝土板不断承受正、负压力的交替变化。风力越大波浪越高,对护坡板产生的正负压力则越大,当板后扬压力超过混凝土板的自重时,板将被顶起,发生移位。受隔墙作用,摩阻力增大,板与板之间分缝阻力较小,使板缝处向外凸出,发生变形,板缝增宽,而板下易出现液化或被波浪掏空。悬空的混凝土板在波浪的拍打下产生断裂。
2.4施工质量得不到保证。
混凝土水灰比过大,拌和、浇筑、振捣、养护差,降低了混凝土强度和抗渗、抗冻性能,加速了混凝土的碳化。建筑物背面回填土夯压不实,土料选择不合理等。
3. 防治措施
防治措施应视本地自然气候和水文地质条件、土壤质地和盐碱含量、建筑物等级、材料来源、冬季运行情况及当地社会经济状况而定。
3.1精心设计提高工程使用寿命。
3.1.1总结灌区经验不足,合理选择建筑物类型与材料。既要考虑经济条件,更要考虑经久耐用。时间证明,某种结构类型的使用时间和地点不能到处搬用。
3.1.2应严格工程建设程序,确保工程质量。西克尔水库属典型的“三边”工程。致使工程不能认真按勘察、规划、设计、复核、审定、施工、验收的程序进行,造成工程建设和运行管理中出现许多问题。
3.1.3设计中对冻胀和盐渍土的危害充分重视,认真分析工程地质和水文地质条件,对不同类型的盐渍土采取不同的处理措施。
3.2重视施工质量,严把施工质量关。
3.2.1施工质量的高低,关键在于施工者和监理者,施工人员和监理人员要树立质量意识,提高施工水平,建立严格的质检验收制度。
3.2.2换填措施:将冻层内的盐渍土、冻胀土的部分或全部换成非冻胀土。置换的多少应视建筑物的基本要求和渠基土下水埋深而定。同时应对置换基础进行严格的碾压(夯实)。在置换材料与混凝土之间,铺设一层防渗材料,可起到良好的防渗、防盐碱和抗冻胀作应。这在新疆地区许多地方得到证实。
3.3强化工程运行管理,确保运行安全。
做好水利灌溉工程运行、维护和管理,提高工程效益,是各单位的共同要求,但工程一旦建好交付使用后就随便运行,从而造成许多灌溉区设备普遍损害。随着灌区使用时间的增长,损害将越来越严重,因此必须强化工程运行管理。
3.3.1建立健全灌区工程运行管理的各项规章制度。
3.3.2注重运行和维修人员技术素质的提高,以提高工作技能。
3.3.3严格按照科学的要求实施工程运行管理,杜绝长官意志的行政命令式的运行方式。
3.3.4做好工程的上防、下排,是防治冻胀和盐蚀对建筑物破坏的有效途径。
3.3.5保证工程修建费用的及时、足额到位,确保对工程的及时维护和养护,避免工程带病运行。
总之,水工建筑物损害是多种因素综合造成的,只要规划、设计合理,施工质量好,并正确运行和及时维修,就能够延长工程使用寿命,发挥其最大效益。
[文章编号]1006-7619(2010)03-01-113
[作者简介]李海生(1982-),男,汉族,助理工程师,新疆喀什地区盖孜河流域管理处水库安全管理人员,从事水库运行管理工作。韩刚(1980-),男,汉族,工程师,新疆水利水电勘测设计研究院工程技术人员,从事水资源利用规划及水利水电工程设计工作。