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摘要：北方地区渠道底部混凝土板冻胀破坏较为常见，为了解决这一问题，本文通过对渠道底部混凝土板冻胀破坏原因分析，提出了要从重视混凝土板预制环节提高预制质量、严格控制施工精度提高混凝土板砌筑质量、运行管理单位合理组织，提倡早灌、规划设计要考虑排除渠道积水的工程设施四个方面来解决渠道底部混凝土板的冻胀破坏，延长砌护渠道使用寿命，使水利工程投资能够真正发挥应有的作用。
关键词：混凝土板；冻胀破坏；工程质量；
1工程基本情况
1.1工程概况
惠农渠是青铜峡河西灌区的第二大干渠，建于清代雍正七年，即公元1729年，已有280年的历史，新中国成立后，曾三次大规模的扩建，渠道现状定形于20世纪70年代末，是宁夏青铜峡河西灌区相对部位最低、渠线最长的一条干渠，由青铜峡河西总干渠原唐三闸引水，傍黄河西岸略平行，流经青铜峡、永宁、银川、贺兰、平罗、惠农六市县至惠农区尾闸镇，尾水泄入第五排水沟，是宁夏平原引黄灌溉主要渠道之一。
惠农渠永治闸至尾闸砌护工程位于惠农渠梢段，是2010年宁夏大型灌区续建配套与节水改造项目工程。该工程担负着平罗和惠农2各县市，5各乡镇，16.9万亩农田的灌溉任务。工程砌护长度22.61km，新建节制闸1座、涵洞1座，维修翻建生产桥4座，改造退水闸1座、斗口58座。根据灌溉面积分部情况，将渠道横断面分为6个段落进行变断面设计，结合续建配套工程实施10年来的经验，渠道横断面采用梯形断面圆弧坡脚形式进行砌护。坡脚采用200mm厚C20现浇砼，渠底和渠坡均采用混凝土板膜砌护，从上到下依次为60mm厚C15砼预制板、30mm厚M5水泥砂浆、0.3mm塑膜。采用合理的断面形式和砌护方式，减少渠道冻胀破坏和渗漏损失，是本工程实施的最大特点。
渠道在该段落的最大引水流量15.6m3/s，水深1.55m，流速0.82m/s，比降由1/8500逐渐变為1/5500。
1.2 水文气象
惠农渠灌域为中温带干旱区，地处西北内陆，是典型的大陆性气候，干旱少雨、风大沙多、日照充足、蒸发强烈。光热资源充足，年均气温 8.5℃，最高温度 39.3℃，最低气温-30.6℃；多年平均气压值为 890.4 百帕；年平均日照时数 3019h；最大冻土深度 109cm；气候干燥，年相对湿度 59%，无霜期较短。主要自然灾害有干旱、霜冻、冰雹、大风、风沙、热干风等。
灌域多年平均降水量 179mm，降水年内分配不均匀，年际变化大，时空分布不均匀，多集中在 6～9 月，占全年降水的 70%；多年平均水面蒸发量 1170mm，其中夏季蒸发量占年蒸发量的 44～50%；干旱指数 6.6。
1.3 工程地质
惠农渠灌域属黄河河套灌区，经多年的引黄灌溉沉积，表层土壤主要以灌淤土为主，部分地区有淡灰钙土、草甸土和盐土，并有插花分布的白僵土。局部地区有沙丘，属风沙土。
灌域内的主要土壤类型为灌淤土，分布在灌耕历史相对较长的老灌区。在长期灌溉、淤积、耕种、施肥等因素交迭作用下形成一种人为土壤类型。其土壤剖面上部具有超过 30cm 的灌淤熟化层土壤质地，以轻壤土和中壤土为主，疏松多孔，有较多的肥料等侵入体，土壤有机质及氮、磷、养分含量较高。
2 渠底混凝土板冻胀破坏原因分析
惠农渠永治闸至尾闸砌护工程全长22.61km，划分了4个标段进行施工，其中混凝土板预制为独立的1个标段。该工程从2010年春季开始实施，2012年6月全部竣工，历时2年半。由于该工程位于惠农渠梢段，每年冬灌停水时间都比较迟，经过3个冬天的冻胀，目前渠道200mm厚C20现浇砼圆弧坡脚和60mm厚C15砼预制板护坡完好，但渠道底部60mm厚C15砼预制板已严重冻坏，其中冻坏面积约占渠底面积的60%以上，混凝土表皮脱落约占冻坏面积85%，整块板冻碎不能使用的约占冻坏面积的15%。本人经过2年多的观察分析，就惠农渠永治闸至尾闸砌护工程渠底混凝土板冻胀破坏原因总结如下：
2.1 预制混凝土板质量达不到设计标准
惠农渠永治闸至尾闸砌护工程预制混凝土板设计强度标号C15、抗冻标号F150、抗渗标号W6。但施工单位没能按照《渠道防渗工程技术规范》及《混凝土施工规范》进行施工，预制的混凝土板质量达不到设计要求的C15、F150、W6，特别是抗冻标号达不到要求，是混凝土冻胀破坏的主要原因。经过本人了解施工单位在混凝土板预制过程中存在以下问题：
1、混凝土配合比虽然使用的是普通硅酸盐水泥，但为了降低混凝土成本施工单位掺入了水泥用量15%～20%的粉煤灰；
2、混凝土使用的砂子含泥量超过规范要求；
3、养护龄期太短。
2.2 渠道砌护质量达不到规范要求
该项目中标的施工企业均为三级资质，施工企业技术力量薄弱，管理水平较差。各公司在纵断面高程控制方面重视不足，每25m设1个高程控制点。加上施工人员质量意识淡薄，砌筑完成的渠道纵断面呈波浪状，实际高程与设计高程最大误差达10cm以上，远远超过砌筑质量控制要求，造成干渠冬灌结束后，部分渠段渠底积水结冰，这也是混凝土板冻胀破坏的主要原因之一。
2.3 冬灌调度不合理不能按期停水
惠农渠永治闸至尾闸段控制灌溉面积16.9万亩，历来都是惠农渠灌域冬灌灌溉最难的部分。近年来由于单位人员结构老化，处、所调度人员责任心不强等诸多原因影响，使该段落冬灌不能按期停水。干渠进口停水后渠稍有余水，又没有人员组织排水，致使渠道结冰渠底混凝土板冻胀破坏。
2.4 规划设计时没有考虑排水设施
设计单位在进行渠道规划设计时，没有考虑惠农渠地势较低冬灌结束后渠道会积水结冰，容易冻坏渠道底部混凝土板。 3 解决渠底混凝土板冻胀破坏的方法
3.1 重视混凝土板预制环节提高预制质量
混凝土板能否达到设计强度和抗冻、抗渗要求是解决渠底混凝土板冻胀破坏的关键。混凝土配合比中砂石材料必须合格，特别是含泥量一定要满足规范要求，水泥必须使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，严禁使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，因为这三种水泥抗冻性较差，特别是不允许在混凝土配合比中掺入粉煤灰来代替水泥用量，掺入粉煤灰后虽然混凝土板的抗压强度和抗渗性能够达到设计要求，但混凝土的抗冻性是达不到设计要求的。为了使混凝土板满足抗冻要求，混凝土要严格按照规范要求配制，加强对混凝土板的养护和保温防冻工作，提高混凝土预制板的质量。
3.2 严格控制施工精度提高混凝土板砌筑质量，
渠道砌护工程战线较长，纵断面高程控制非常重要，为保证砌护误差在规定允许的范围内，建议施工企业每5～10米设1个高程控制点。施工企业要加大一线工程技术人员的投入，严格控制各部位的施工精度，保证渠道纵断面施工质量符合设计要求，无局部的坑、梁现象，渠道停水后，渠内无积水。
3.3 合理组织，提倡早灌
由于近年来国家土地整理项目投资力度加大，灌区灌溉面积逐年增加，惠农渠梢段灌溉压力越来越大。为避免惠农渠永治闸至尾闸段砌护工程因冬灌停水迟而冻胀破坏，惠农渠管理处应该合理组织灌溉，并积极动员该灌区提前开灌，在封冻前完成冬灌任务，冬灌结束后及时排干渠道积水，以防渠底混凝土板冻胀破坏。
3.4 规划设计要考虑排除渠道积水的工程设施
设计单位在进行工程规划时，要进行充分的调查研究，除了要考虑合理的抗冻、抗渗断面结构外，还要考虑渠道冬灌结束后如何快速排干渠道积水的工程措施。可以将现有的退水闸、涵洞、渡槽和较洼的支渠口加以改造，作为排除渠道积水的工程设施。只有采用合理工程设施才能在冬灌停水后1～2天内快速排干渠道积水，避免渠底混凝土板冻胀破坏。
4 结论和建议
根据以上分析和本人2年多的研究，为避免类似工程混凝土冻胀破坏现象的发生，本人觉得在工程建设中应做好以下几个方面的工作：
（1）建设单位要严把招投标关，企业信誉差，管理水平低，技术力量弱，工程质量意识淡薄的施工单位，禁止参与宁夏大型灌区续建配套与节水改造项目工程的投标，从源头上杜绝不合格工程的产生；
（2）现场管理单位要委派懂技术，有管理经验的工程技术人员进驻现场，对工程质量、进度加以控制，坚决不允许不合格材料进入施工现场；
（3）设计单位在设计过程中，应进行充分考察论证、多方案比较，按照设计规范和标准开展设计工作，使工程改造方案合理、可行。在施工过程中，必须委派设计代表开展设计服务；
（4）监理单位应按照规范要求进行質量监督，现场监理人员要懂技术，掌握各类施工规范要求，按照规范要求和技术标准组织验收，严禁不合格工程通过验收；
（5）施工单位要明确项目、技术、安全和质量责任人，建立并执行企业内部工程质量控制体系，执行“三检”制度，按照合同内容、设计要求、施工技术规程、规范进行施工，保证所有工程达到合格标准。
关键词：混凝土板；冻胀破坏；工程质量；
1工程基本情况
1.1工程概况
惠农渠是青铜峡河西灌区的第二大干渠，建于清代雍正七年，即公元1729年，已有280年的历史，新中国成立后，曾三次大规模的扩建，渠道现状定形于20世纪70年代末，是宁夏青铜峡河西灌区相对部位最低、渠线最长的一条干渠，由青铜峡河西总干渠原唐三闸引水，傍黄河西岸略平行，流经青铜峡、永宁、银川、贺兰、平罗、惠农六市县至惠农区尾闸镇，尾水泄入第五排水沟，是宁夏平原引黄灌溉主要渠道之一。
惠农渠永治闸至尾闸砌护工程位于惠农渠梢段，是2010年宁夏大型灌区续建配套与节水改造项目工程。该工程担负着平罗和惠农2各县市，5各乡镇，16.9万亩农田的灌溉任务。工程砌护长度22.61km，新建节制闸1座、涵洞1座，维修翻建生产桥4座，改造退水闸1座、斗口58座。根据灌溉面积分部情况，将渠道横断面分为6个段落进行变断面设计，结合续建配套工程实施10年来的经验，渠道横断面采用梯形断面圆弧坡脚形式进行砌护。坡脚采用200mm厚C20现浇砼，渠底和渠坡均采用混凝土板膜砌护，从上到下依次为60mm厚C15砼预制板、30mm厚M5水泥砂浆、0.3mm塑膜。采用合理的断面形式和砌护方式，减少渠道冻胀破坏和渗漏损失，是本工程实施的最大特点。
渠道在该段落的最大引水流量15.6m3/s，水深1.55m，流速0.82m/s，比降由1/8500逐渐变為1/5500。
1.2 水文气象
惠农渠灌域为中温带干旱区，地处西北内陆，是典型的大陆性气候，干旱少雨、风大沙多、日照充足、蒸发强烈。光热资源充足，年均气温 8.5℃，最高温度 39.3℃，最低气温-30.6℃；多年平均气压值为 890.4 百帕；年平均日照时数 3019h；最大冻土深度 109cm；气候干燥，年相对湿度 59%，无霜期较短。主要自然灾害有干旱、霜冻、冰雹、大风、风沙、热干风等。
灌域多年平均降水量 179mm，降水年内分配不均匀，年际变化大，时空分布不均匀，多集中在 6～9 月，占全年降水的 70%；多年平均水面蒸发量 1170mm，其中夏季蒸发量占年蒸发量的 44～50%；干旱指数 6.6。
1.3 工程地质
惠农渠灌域属黄河河套灌区，经多年的引黄灌溉沉积，表层土壤主要以灌淤土为主，部分地区有淡灰钙土、草甸土和盐土，并有插花分布的白僵土。局部地区有沙丘，属风沙土。
灌域内的主要土壤类型为灌淤土，分布在灌耕历史相对较长的老灌区。在长期灌溉、淤积、耕种、施肥等因素交迭作用下形成一种人为土壤类型。其土壤剖面上部具有超过 30cm 的灌淤熟化层土壤质地，以轻壤土和中壤土为主，疏松多孔，有较多的肥料等侵入体，土壤有机质及氮、磷、养分含量较高。
2 渠底混凝土板冻胀破坏原因分析
惠农渠永治闸至尾闸砌护工程全长22.61km，划分了4个标段进行施工，其中混凝土板预制为独立的1个标段。该工程从2010年春季开始实施，2012年6月全部竣工，历时2年半。由于该工程位于惠农渠梢段，每年冬灌停水时间都比较迟，经过3个冬天的冻胀，目前渠道200mm厚C20现浇砼圆弧坡脚和60mm厚C15砼预制板护坡完好，但渠道底部60mm厚C15砼预制板已严重冻坏，其中冻坏面积约占渠底面积的60%以上，混凝土表皮脱落约占冻坏面积85%，整块板冻碎不能使用的约占冻坏面积的15%。本人经过2年多的观察分析，就惠农渠永治闸至尾闸砌护工程渠底混凝土板冻胀破坏原因总结如下：
2.1 预制混凝土板质量达不到设计标准
惠农渠永治闸至尾闸砌护工程预制混凝土板设计强度标号C15、抗冻标号F150、抗渗标号W6。但施工单位没能按照《渠道防渗工程技术规范》及《混凝土施工规范》进行施工，预制的混凝土板质量达不到设计要求的C15、F150、W6，特别是抗冻标号达不到要求，是混凝土冻胀破坏的主要原因。经过本人了解施工单位在混凝土板预制过程中存在以下问题：
1、混凝土配合比虽然使用的是普通硅酸盐水泥，但为了降低混凝土成本施工单位掺入了水泥用量15%～20%的粉煤灰；
2、混凝土使用的砂子含泥量超过规范要求；
3、养护龄期太短。
2.2 渠道砌护质量达不到规范要求
该项目中标的施工企业均为三级资质，施工企业技术力量薄弱，管理水平较差。各公司在纵断面高程控制方面重视不足，每25m设1个高程控制点。加上施工人员质量意识淡薄，砌筑完成的渠道纵断面呈波浪状，实际高程与设计高程最大误差达10cm以上，远远超过砌筑质量控制要求，造成干渠冬灌结束后，部分渠段渠底积水结冰，这也是混凝土板冻胀破坏的主要原因之一。
2.3 冬灌调度不合理不能按期停水
惠农渠永治闸至尾闸段控制灌溉面积16.9万亩，历来都是惠农渠灌域冬灌灌溉最难的部分。近年来由于单位人员结构老化，处、所调度人员责任心不强等诸多原因影响，使该段落冬灌不能按期停水。干渠进口停水后渠稍有余水，又没有人员组织排水，致使渠道结冰渠底混凝土板冻胀破坏。
2.4 规划设计时没有考虑排水设施
设计单位在进行渠道规划设计时，没有考虑惠农渠地势较低冬灌结束后渠道会积水结冰，容易冻坏渠道底部混凝土板。 3 解决渠底混凝土板冻胀破坏的方法
3.1 重视混凝土板预制环节提高预制质量
混凝土板能否达到设计强度和抗冻、抗渗要求是解决渠底混凝土板冻胀破坏的关键。混凝土配合比中砂石材料必须合格，特别是含泥量一定要满足规范要求，水泥必须使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，严禁使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，因为这三种水泥抗冻性较差，特别是不允许在混凝土配合比中掺入粉煤灰来代替水泥用量，掺入粉煤灰后虽然混凝土板的抗压强度和抗渗性能够达到设计要求，但混凝土的抗冻性是达不到设计要求的。为了使混凝土板满足抗冻要求，混凝土要严格按照规范要求配制，加强对混凝土板的养护和保温防冻工作，提高混凝土预制板的质量。
3.2 严格控制施工精度提高混凝土板砌筑质量，
渠道砌护工程战线较长，纵断面高程控制非常重要，为保证砌护误差在规定允许的范围内，建议施工企业每5～10米设1个高程控制点。施工企业要加大一线工程技术人员的投入，严格控制各部位的施工精度，保证渠道纵断面施工质量符合设计要求，无局部的坑、梁现象，渠道停水后，渠内无积水。
3.3 合理组织，提倡早灌
由于近年来国家土地整理项目投资力度加大，灌区灌溉面积逐年增加，惠农渠梢段灌溉压力越来越大。为避免惠农渠永治闸至尾闸段砌护工程因冬灌停水迟而冻胀破坏，惠农渠管理处应该合理组织灌溉，并积极动员该灌区提前开灌，在封冻前完成冬灌任务，冬灌结束后及时排干渠道积水，以防渠底混凝土板冻胀破坏。
3.4 规划设计要考虑排除渠道积水的工程设施
设计单位在进行工程规划时，要进行充分的调查研究，除了要考虑合理的抗冻、抗渗断面结构外，还要考虑渠道冬灌结束后如何快速排干渠道积水的工程措施。可以将现有的退水闸、涵洞、渡槽和较洼的支渠口加以改造，作为排除渠道积水的工程设施。只有采用合理工程设施才能在冬灌停水后1～2天内快速排干渠道积水，避免渠底混凝土板冻胀破坏。
4 结论和建议
根据以上分析和本人2年多的研究，为避免类似工程混凝土冻胀破坏现象的发生，本人觉得在工程建设中应做好以下几个方面的工作：
（1）建设单位要严把招投标关，企业信誉差，管理水平低，技术力量弱，工程质量意识淡薄的施工单位，禁止参与宁夏大型灌区续建配套与节水改造项目工程的投标，从源头上杜绝不合格工程的产生；
（2）现场管理单位要委派懂技术，有管理经验的工程技术人员进驻现场，对工程质量、进度加以控制，坚决不允许不合格材料进入施工现场；
（3）设计单位在设计过程中，应进行充分考察论证、多方案比较，按照设计规范和标准开展设计工作，使工程改造方案合理、可行。在施工过程中，必须委派设计代表开展设计服务；
（4）监理单位应按照规范要求进行質量监督，现场监理人员要懂技术，掌握各类施工规范要求，按照规范要求和技术标准组织验收，严禁不合格工程通过验收；
（5）施工单位要明确项目、技术、安全和质量责任人，建立并执行企业内部工程质量控制体系，执行“三检”制度，按照合同内容、设计要求、施工技术规程、规范进行施工，保证所有工程达到合格标准。