水利施工论文发表渠道防冻胀技术措施

　　摘要：冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题，文章分析了渠道冻胀机理，针对渠道的防冻胀措施进行了分析与探讨。

　　关键词：渠道,防冻胀,措施

　　1渠道冻胀机理

　　渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致。渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式、改变渠基土体的基本结构、使用新型建筑材料等方法来实现。对渠道防冻胀处理方式的选择，关系到渠道的造价和施工的难易，应在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验，进一步完善新型材料的防冻理论和总结实际运用经验，为新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。

　　渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土受冻体积膨胀必须具备以下条件：①寒冷气候区持续的负温条件;②土壤中自由水和毛细水的存在，并且有通畅的水分补给通道;③土壤本身的物理力学性质，包括土的颗粒组成，矿物质成份等。

　　在以上三个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的先决条件，也是必备条件。在整个胀破坏过程中，水是最活跃的因素。如果地下水埋深浅，土壤颗粒细，土体中自由水和毛细水的补给十分充足。一旦气温下降至零度以下，土体中的自由水和毛细水的体积受冻膨胀，引起土体膨胀，顶托衬砌，破坏渠道。冻胀破坏不但发生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，毛细水的冻胀性也不容忽视。

　　2渠道防冻胀处理形式及比较

　　2.1渠道防冻胀处理形式

　　渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式来实现，即用“U”形或矩形断面来代替梯形断面。但这种处理形式只适用于小渠道，流量小于1m3/s的渠道。对于大渠道来说，若采用这种处理方式，难免会造成造价增加和施工难度的加大。

　　从上述导致土体冻胀的的三个基本因素中，只有三个因素同时具备，才发生冻胀破坏。只要消除其中一个因素，就能防止和减轻冻胀危害。从一般的气候条件来看，外部温度不达负温是不可能的，因此只有采取保温措施达到内部不负温。切断冻土地基在冻结前、后的水分补给是防冻胀处理常用的方法，此外改变渠基土体的基本结构也是保证土体非冻胀性的一种方法。

　　要切断冻土地基在冻结前后的水分补给，通常是采用高填或排水措施来减少水分的补给。但是由于土体颗粒及物理力学性质的决定，毛细水的作用不可忽视。毛细水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同样会对渠基产生冻胀破坏。因此对于细颗粒土体，要完全切断水分的补给是不现实的，毛细水的冻胀破坏不容忽视。

　　改变基土的基本结构的办法是进行渠基土的换填，就是用大颗粒的土体填入渠基，将原来的细颗粒土体挖走。这种换填工程量较大，换填厚度一般要大于等于冻土深度。如果在冻土深度小的地区使用尚可，若在冻土深度较大的地区使用，往往工程量是很大的。

　　从目前情况看，任何工程要根本回避和解决冻胀三因素之一，在考虑经济条件和节省投资的情况下，都是非常困难和把握不住的。因此在实际工作中，往往将几种工程措施结合起来使用。即以回避一种因素为主，辅之以回避另一种因素的综合措施进行防冻胀处理。如在两侧开挖排水沟降低水分补给的同时，对基土进行一定厚度的换填。用砂或戈壁层加塑膜进行保温，以减少冻胀破坏。

　　近年来，随着新型建筑材料的问世，苯板越来越多地应用于渠道的防冻胀处理。苯板防冻胀的主要机理是它具有保温的功效，保证了渠基土不受负温的影响，同上述砂或戈壁层加塑膜保温的原理是一样的。根据现有对苯板的防冻试验资料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁层的保温效果。远大于或相当于5～10cm厚戈壁、砂、塑膜的保温效果。

　　2.2渠道防冻胀处理形式比较

　　在高地下水位区，即使采取了断绝土壤中水分补给的措施，仍难以保证阻止毛细水的上升，因此还必须采取其它防冻胀处理形式。

　　对渠基土进行换填是一种防冻胀的处理形式，它即改变了渠基土的结构，又具有一定的保温作用。它的优点是：①当渠道附近有大量换填材料时，造价可能便宜;②由于对渠基进行了彻底换填，当质量达到要求时，可保证渠道永久不受冻胀危害。同时也具有以下缺点：①由于换填厚度大，土方工程量较大，当换填材料运距较远时，造价较高;②施工难度大，清除了渠基原土，换填后的砂、戈壁料难以进行夯实，要达到施工规范要求，难度较大;③换填料的质量难以把握，要求回填含土量小于5%的料。采用天然材料，很难寻找料源。若采用人工加工料，则不经济。

　　若不采用基土回填，只铺设苯板保温，防止渠基土冻胀也是近年来渐渐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砂或戈壁料的保温效果;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，避免了大量土石方机械的使用。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，苯板造价明显高于换填处理。

　　3防渗防冻胀技术措施应用体会

　　针对本灌区渠道防渗抗冻工程设计、施工和管理的情况，对本灌区所采用的抗冻胀技术措施进行总结，其主要措施如下：

　　3.1设计

　　在渠道设计中，要严格按照《渠道工程抗冻胀设计规范》(SL23—91)进行抗冻胀验算，根据不同地区气候特点、自然条件、土质，经过技术经济比较，采用合理的防渗防冻胀技术措施;针对渠道不同的部位(阴坡、阳坡，坡顶、坡底)受冻程度不同分别采取相应措施。实践证明，根据工程具体条件，从渠系规划布置，渠床处理，排水，保温、衬砌的结构型式、材料、施工质量、管理维修等方面着手，全面考虑，采取适宜的防冻害措施，能有效地防止防渗工程的冻胀破坏。

　　渠道的边坡不宜过陡，应考虑渠基自身的稳定和施工的要求。本灌区典型渠道边坡均为1:2。混凝土的强度、抗渗、抗冻要满足要求。本灌区采用混凝土强度等级C20，抗冻等级F100，抗渗等级W8。

　　防渗结构采取混凝土板和防渗膜组合结构能有效的防渗和抗冲，即板下铺设土工膜。混凝土板厚根据渠道大小确定，总干渠60mm，二干渠80mm,防渗膜用素膜(总干渠下游段)或复合土工膜(总干渠上游段)，厚度0.2mm。不进行防渗处理的渠段如二干渠采用板下铺设土工布。

　　3.2砂石反滤层排水消除冻胀破坏

　　在地下水位较高的渠段，如二干渠，遇到渠道边坡和渠底大量渗水的情况，导致铺设塑膜后，渗水因塑膜阻碍而无导渗出路，这时塑膜和混凝土板将受到较大的渗透压力，导致边板和底板被顶起，成为废板。针对此问题解决的方法是：边坡第二、三、四行间隔布置无砂砼预制板，无砂砼预制板下设砂石反滤层以利排水。

　　3.3施工

　　施工时要保证施工质量，填方渠道土方质量是防渗工程的基础，也是防冻害的主要环节之一，渠基土要充分压实，垫层要铺均匀，塑料薄膜的接缝要牢固可靠，混凝土要震捣密实，填缝材料要饱满。压实法可使土的干密度增加，孔隙率降低，透水性减弱。密度较高的压实土冻结时，具有阻碍水分迁移，聚集，从而削减甚至消除冻胀的能力。因此，可以通过渠床的压实处理，来达到防止冻害的目的。

　　3.3运行管理

　　1)完善渠道运行管理制度，做好渠道日常养护、安全检查和维修工作，及时清除渠道中杂草、蚁穴、鼠洞等阻碍物，建立经常检查、定期检查和特别检查的检查制度，按照经常养护、随时维修、养重于修、修重于抢的原则，使渠道得到及时维修，保证使用。对产生冻胀破坏的渠段要及时维修，以免破坏现象蔓延。

　　2)冬季需要引水运行时，尽量使渠道满渠运行并设法使渠道中不结冰，这样可防止渠道冻胀。在渠旁两侧设8～10m林带，可起生物排水作用，对降低地下水位、防治渠道冻害十分有利。

　　参考文献：

　　[1]卜丰进.浅谈渠道防冻胀处理方式的选择[J].甘肃农业，2011.

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