摘要：凍脹破壞是寒冷地區(qū)渠道建設(shè)中的一大難題，文章分析了渠道凍脹機(jī)理，針對(duì)渠道的防凍脹措施進(jìn)行了分析與探討。

　　關(guān)鍵詞：渠道,防凍脹,措施

　　1渠道凍脹機(jī)理

　　渠道的凍脹破壞是由土壤中的水、土體顆粒物理性質(zhì)和負(fù)溫所致。渠道防凍脹處理可通過改變渠道結(jié)構(gòu)形式、改變渠基土體的基本結(jié)構(gòu)、使用新型建筑材料等方法來實(shí)現(xiàn)。對(duì)渠道防凍脹處理方式的選擇，關(guān)系到渠道的造價(jià)和施工的難易，應(yīng)在今后的渠道設(shè)計(jì)與施工中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善新型材料的防凍理論和總結(jié)實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，為新型防凍材料的大面積推廣應(yīng)用提供條件。

　　渠道凍脹破壞是由于渠基土受凍體積膨脹頂托襯砌而形成，渠基土受凍體積膨脹必須具備以下條件：①寒冷氣候區(qū)持續(xù)的負(fù)溫條件;②土壤中自由水和毛細(xì)水的存在，并且有通暢的水分補(bǔ)給通道;③土壤本身的物理力學(xué)性質(zhì)，包括土的顆粒組成，礦物質(zhì)成份等。

　　在以上三個(gè)條件中，土壤中自由水和毛細(xì)水的存在是凍脹發(fā)生的先決條件，也是必備條件。在整個(gè)脹破壞過程中，水是最活躍的因素。如果地下水埋深淺，土壤顆粒細(xì)，土體中自由水和毛細(xì)水的補(bǔ)給十分充足。一旦氣溫下降至零度以下，土體中的自由水和毛細(xì)水的體積受凍膨脹，引起土體膨脹，頂托襯砌，破壞渠道。凍脹破壞不但發(fā)生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，毛細(xì)水的凍脹性也不容忽視。

　　2渠道防凍脹處理形式及比較

　　2.1渠道防凍脹處理形式

　　渠道防凍脹處理可通過改變渠道結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)，即用“U”形或矩形斷面來代替梯形斷面。但這種處理形式只適用于小渠道，流量小于1m3/s的渠道。對(duì)于大渠道來說，若采用這種處理方式，難免會(huì)造成造價(jià)增加和施工難度的加大。

　　從上述導(dǎo)致土體凍脹的的三個(gè)基本因素中，只有三個(gè)因素同時(shí)具備，才發(fā)生凍脹破壞。只要消除其中一個(gè)因素，就能防止和減輕凍脹危害。從一般的氣候條件來看，外部溫度不達(dá)負(fù)溫是不可能的，因此只有采取保溫措施達(dá)到內(nèi)部不負(fù)溫。切斷凍土地基在凍結(jié)前、后的水分補(bǔ)給是防凍脹處理常用的方法，此外改變渠基土體的基本結(jié)構(gòu)也是保證土體非凍脹性的一種方法。

　　要切斷凍土地基在凍結(jié)前后的水分補(bǔ)給，通常是采用高填或排水措施來減少水分的補(bǔ)給。但是由于土體顆粒及物理力學(xué)性質(zhì)的決定，毛細(xì)水的作用不可忽視。毛細(xì)水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同樣會(huì)對(duì)渠基產(chǎn)生凍脹破壞。因此對(duì)于細(xì)顆粒土體，要完全切斷水分的補(bǔ)給是不現(xiàn)實(shí)的，毛細(xì)水的凍脹破壞不容忽視。

　　改變基土的基本結(jié)構(gòu)的辦法是進(jìn)行渠基土的換填，就是用大顆粒的土體填入渠基，將原來的細(xì)顆粒土體挖走。這種換填工程量較大，換填厚度一般要大于等于凍土深度。如果在凍土深度小的地區(qū)使用尚可，若在凍土深度較大的地區(qū)使用，往往工程量是很大的。

　　從目前情況看，任何工程要根本回避和解決凍脹三因素之一，在考慮經(jīng)濟(jì)條件和節(jié)省投資的情況下，都是非常困難和把握不住的。因此在實(shí)際工作中，往往將幾種工程措施結(jié)合起來使用。即以回避一種因素為主，輔之以回避另一種因素的綜合措施進(jìn)行防凍脹處理。如在兩側(cè)開挖排水溝降低水分補(bǔ)給的同時(shí)，對(duì)基土進(jìn)行一定厚度的換填。用砂或戈壁層加塑膜進(jìn)行保溫，以減少凍脹破壞。

　　近年來，隨著新型建筑材料的問世，苯板越來越多地應(yīng)用于渠道的防凍脹處理。苯板防凍脹的主要機(jī)理是它具有保溫的功效，保證了渠基土不受負(fù)溫的影響，同上述砂或戈壁層加塑膜保溫的原理是一樣的。根據(jù)現(xiàn)有對(duì)苯板的防凍試驗(yàn)資料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁層的保溫效果。遠(yuǎn)大于或相當(dāng)于5～10cm厚戈壁、砂、塑膜的保溫效果。

　　2.2渠道防凍脹處理形式比較

　　在高地下水位區(qū)，即使采取了斷絕土壤中水分補(bǔ)給的措施，仍難以保證阻止毛細(xì)水的上升，因此還必須采取其它防凍脹處理形式。

　　對(duì)渠基土進(jìn)行換填是一種防凍脹的處理形式，它即改變了渠基土的結(jié)構(gòu)，又具有一定的保溫作用。它的優(yōu)點(diǎn)是：①當(dāng)渠道附近有大量換填材料時(shí)，造價(jià)可能便宜;②由于對(duì)渠基進(jìn)行了徹底換填，當(dāng)質(zhì)量達(dá)到要求時(shí)，可保證渠道永久不受凍脹危害。同時(shí)也具有以下缺點(diǎn)：①由于換填厚度大，土方工程量較大，當(dāng)換填材料運(yùn)距較遠(yuǎn)時(shí)，造價(jià)較高;②施工難度大，清除了渠基原土，換填后的砂、戈壁料難以進(jìn)行夯實(shí)，要達(dá)到施工規(guī)范要求，難度較大;③換填料的質(zhì)量難以把握，要求回填含土量小于5%的料。采用天然材料，很難尋找料源。若采用人工加工料，則不經(jīng)濟(jì)。

　　若不采用基土回填，只鋪設(shè)苯板保溫，防止渠基土凍脹也是近年來漸漸采用的一種防凍脹處理形式。它只有保溫作用，不對(duì)基土進(jìn)行回填。具有以下優(yōu)點(diǎn)：①抗凍效果好，采用10cm的苯板即達(dá)到了換填100cm砂或戈壁料的保溫效果;②施工方便，渠道開挖斷面小。不對(duì)基土進(jìn)行擾動(dòng)，直接將苯板置于基土上，在苯板上直接進(jìn)行襯砌材料的施工;③在一定條件下造價(jià)便宜，使用的施工機(jī)械少，人工省。采用苯板，不進(jìn)行基土換填，避免了大量土石方機(jī)械的使用。當(dāng)基土換填材料運(yùn)距大于一定距離時(shí)，其造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)立即顯現(xiàn)。苯板防凍脹材料的缺點(diǎn)是：在一定條件下，同換填相比，造價(jià)較高。當(dāng)基土換填材料運(yùn)距小于一定距離時(shí)，苯板造價(jià)明顯高于換填處理。

　　3防滲防凍脹技術(shù)措施應(yīng)用體會(huì)

　　針對(duì)本灌區(qū)渠道防滲抗凍工程設(shè)計(jì)、施工和管理的情況，對(duì)本灌區(qū)所采用的抗凍脹技術(shù)措施進(jìn)行總結(jié)，其主要措施如下：

　　3.1設(shè)計(jì)

　　在渠道設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格按照《渠道工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL23—91)進(jìn)行抗凍脹驗(yàn)算，根據(jù)不同地區(qū)氣候特點(diǎn)、自然條件、土質(zhì)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用合理的防滲防凍脹技術(shù)措施;針對(duì)渠道不同的部位(陰坡、陽坡，坡頂、坡底)受凍程度不同分別采取相應(yīng)措施。實(shí)踐證明，根據(jù)工程具體條件，從渠系規(guī)劃布置，渠床處理，排水，保溫、襯砌的結(jié)構(gòu)型式、材料、施工質(zhì)量、管理維修等方面著手，全面考慮，采取適宜的防凍害措施，能有效地防止防滲工程的凍脹破壞。

　　渠道的邊坡不宜過陡，應(yīng)考慮渠基自身的穩(wěn)定和施工的要求。本灌區(qū)典型渠道邊坡均為1:2。混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍要滿足要求。本灌區(qū)采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，抗凍等級(jí)F100，抗?jié)B等級(jí)W8。

　　防滲結(jié)構(gòu)采取混凝土板和防滲膜組合結(jié)構(gòu)能有效的防滲和抗沖，即板下鋪設(shè)土工膜。混凝土板厚根據(jù)渠道大小確定，總干渠60mm，二干渠80mm,防滲膜用素膜(總干渠下游段)或復(fù)合土工膜(總干渠上游段)，厚度0.2mm。不進(jìn)行防滲處理的渠段如二干渠采用板下鋪設(shè)土工布。

　　3.2砂石反濾層排水消除凍脹破壞

　　在地下水位較高的渠段，如二干渠，遇到渠道邊坡和渠底大量滲水的情況，導(dǎo)致鋪設(shè)塑膜后，滲水因塑膜阻礙而無導(dǎo)滲出路，這時(shí)塑膜和混凝土板將受到較大的滲透壓力，導(dǎo)致邊板和底板被頂起，成為廢板。針對(duì)此問題解決的方法是：邊坡第二、三、四行間隔布置無砂砼預(yù)制板，無砂砼預(yù)制板下設(shè)砂石反濾層以利排水。

　　3.3施工

　　施工時(shí)要保證施工質(zhì)量，填方渠道土方質(zhì)量是防滲工程的基礎(chǔ)，也是防凍害的主要環(huán)節(jié)之一，渠基土要充分壓實(shí)，墊層要鋪均勻，塑料薄膜的接縫要牢固可靠，混凝土要震搗密實(shí)，填縫材料要飽滿。壓實(shí)法可使土的干密度增加，孔隙率降低，透水性減弱。密度較高的壓實(shí)土凍結(jié)時(shí)，具有阻礙水分遷移，聚集，從而削減甚至消除凍脹的能力。因此，可以通過渠床的壓實(shí)處理，來達(dá)到防止凍害的目的。

　　3.3運(yùn)行管理

　　1)完善渠道運(yùn)行管理制度，做好渠道日常養(yǎng)護(hù)、安全檢查和維修工作，及時(shí)清除渠道中雜草、蟻穴、鼠洞等阻礙物，建立經(jīng)常檢查、定期檢查和特別檢查的檢查制度，按照經(jīng)常養(yǎng)護(hù)、隨時(shí)維修、養(yǎng)重于修、修重于搶的原則，使渠道得到及時(shí)維修，保證使用。對(duì)產(chǎn)生凍脹破壞的渠段要及時(shí)維修，以免破壞現(xiàn)象蔓延。

　　2)冬季需要引水運(yùn)行時(shí)，盡量使渠道滿渠運(yùn)行并設(shè)法使渠道中不結(jié)冰，這樣可防止渠道凍脹。在渠旁兩側(cè)設(shè)8～10m林帶，可起生物排水作用，對(duì)降低地下水位、防治渠道凍害十分有利。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]卜豐進(jìn).淺談渠道防凍脹處理方式的選擇[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2011.