渠道防凍抗滲施工

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摘要：渠道的防滲抗凍問題一直是北方水利工程的一大難題，如何解決渠道凍害直接關乎到我國北方水利工程的建設和發展。本文分析了防滲渠道凍脹的破壞形式及其原因，以及在抗凍措施選擇中注意的問題，并提出了防滲渠道的抗凍施工對策。

關鍵詞：防滲抗凍；設計措施；技術措施

在我國寒冷的北方地區，渠道防滲工程易受到凍害破壞，一旦開始了凍脹，一般的襯砌結構經過反復的凍結溶化就會斷裂，導致防滲失效。因此在寒冷的北方地區渠道防滲抗凍措施是否得當至關重要。

一、防滲渠道產生凍脹破壞后表現形式及原因

每年春季冰雪融化后，在春季灌溉前，沿著防滲渠道檢查，常會發現個別渠段邊坡砼板、底板、封頂板翹起、板塊錯位、裂縫、建筑物與渠道連接砼隔墻沉陷、結構縫縫寬增大、填充物脫落，連接段扭面變形，嚴重的可造成邊坡砼板大片滑塌等。

（1）渠道在地基上的凍脹作用下破壞

地基土中的水凍結成冰時，產生膠結力，使凍土與基礎牢固地膠結在一起。由于渠道基礎與凍土膠結在一起，它對土的凍脹具有約束作用，凍土就會對基礎產生凍脹力。在不均勻凍脹力的作用下，當渠道底板產生不均勻變形或者喪失穩定性時，渠道則產生凍脹破壞。這是季節性凍土區渠道凍害產生的主要原因。

（2）渠道在地基土的融沉作用下破壞

凍土中的冰融化以后體積縮小，使土在自重作用下產生一定量的下沉。冰變成水后，在水自重和外荷載作用下沿孔隙排除從而使土進一步壓縮下沉。當渠道邊坡在地基土融化時，渠道邊坡各部分因地基土的土質和含水量不同而產生不均勻沉降。當沉降量超過允許變形量時，邊坡則會產生滑塌破壞。季節性凍土區渠道單純由融沉作用破壞的不多見。但由于融沉作用加重了渠道的破壞是較多的。

（3）在冰荷載的作用下渠道破壞

在季節性凍土地區，灌溉渠道在冬季封凍，解凍期間，渠道邊坡因受靜冰壓力或動冰壓力作用而造成破壞。

二、渠道抗凍機理

影響渠道凍脹變形的基本因素有三個：一是持續長時間的負溫；二是渠床基土屬凍漲性土壤，即土體顆粒分散性較大，凍結期內土壤水分遷移較為明顯，凍漲性較強的土壤；三是埋深較淺的地下水或補給充足的土壤水及毛管水。襯砌渠道凍漲的最根本的特點是渠道凍脹分布的不均勻。

三、渠道凍脹設計措施

在寒冷的北方地區，為了保障渠道建成后，安全有效的運行，在渠道防滲工程結構設計中要著力解決好滲漏、凍脹、揚壓力、沖刷、磨損、淤積等問題。而其中最關鍵的環節是抗凍脹設計和施工，防止渠道和建筑物在冰、凍融和凍脹作用下遭受破壞，影響渠道的運行安全。

（1）做好抗凍脹厚度的測算，依據《渠系工程抗凍脹設計規范》（SL23-2006），根據確定的多年最大凍深值，計算不同地下水位埋深時的設計凍深值。同時，要根據渠道的走向，分別計算渠道陰陽坡和渠道底板的設計凍深，為渠道在不同部位的防凍墊層換填厚度設計時提供可靠的依據。

（2）做好抗凍脹材料質量評價和材料的選擇。抗凍脹材料盡量選擇當地的砂礫石和風積沙材料作為渠道的抗凍換填材料，且在挖方渠道或半填半挖渠道，為避免渠道兩側農田灌溉對渠道邊坡產生側滲，使渠道邊坡板整體遭受頂托破壞，必須采用砂礫石和風積沙作抗凍材料，以確保渠道運行安全；對填方渠道根據投資比較，可優選苯板、砂礫石或風積沙。

（3）渠道設計時需注意地下水位施測時間是否在高水位期，設計時需要求地質專業提供地下水的動態變化，除渠道本身地下水，還要考慮臨近灌區地下水的補給影響，采取渠道防滲的渠道，設計時應注意地下水位應控制在渠道底板以下1.0m，否則，渠道底板應采取透水性設計或在渠道兩側挖排水渠道降低地水水位，以確保渠道運行安全。

（4）在緊靠灌區、水庫、湖泊的非凍脹性土的地段，一定要設防凍體，因為此渠段的冬季地下水變化幅度較大，會導致防滲體凍脹破壞。

（5）用當地材料風積砂做防凍體的梯形渠道，為防止由于運行中水流帶出砼預制板的細顆粒，導致渠道運行不安全，一般要在砼預制板下加一道塑膜。

四、防滲抗凍的技術措施

根據凍害形成原因分析，防滲工程是否產生凍脹破壞、其破壞程度大小，取決于土凍結時水分遷移和凍脹作用，而這些作用又和灌區改造渠系段的土質、土的含水量、負溫度及工程結構等因素有關。因而，防治襯砌工程的凍害，要針對產生凍脹的因素，根據工程實地情況從渠系規劃設計、渠基處理、基礎排水、保溫，以及襯砌的結構形式、材料、施工質量、管理維修等方面著手，全盤考慮。

（一）進行合理的渠道選線與渠系布置

在渠道選線時，要意識到這對于防治凍脹的關系極大，如果條件允許的話，要盡量讓渠線經過之處主要是粗粒土。在地下水位比較深的地方，在地基透水性不好而地下水位又比較高的地方，就要盡可能地建成填方渠道，從而抬高渠底。在灌區之內的渠系布置上，要注意到防止田間灌溉滲漏水，從而導致凍脹。要在地塊和下一條渠道中間設計出一條林帶與道路，從而延長滲漏的途徑，還應在管理上同步采取措施，以杜絕穿過耕地的渠道運用深挖方斷面，這是由于此時的凍脹情況最為嚴重。

（二）采取結構抗凍設計措施

運用結構抗凍設計，一般是采用U形或者弧形底梯形斷面渠道的形式，從而抗擊凍脹。U形渠道變形要將整體上抬作為主要形式，凍脹變形情況較為均勻。弧形渠底則具有相當的抗凍脹作用，在受凍脹影響時因為變形比較均勻，因而十分適宜于寒冷地區的渠道設計。因為U形渠道主要采用預制混凝土板進行拼結，但是在實際施工過程中，由于預制的尺寸是有限的，而且大型U形混凝土板在進行拼接過程中，還存在有相當的困難，所以U形渠道一般用于流量比較小的支渠以及支渠以下的渠道，但弧形底梯形斷面渠道由于不受上面這些因素的影響，在干渠和支渠中經常會被采用。

（三）渠道襯砌結構形式

渠道襯砌結構形式選擇，要按照從降低基礎含水率，增加砌體剛度、抵抗凍脹角度三個方面考慮。通過多年實踐和探索，交口灌區主要采用以下幾種襯砌方式：1）全斷面板膜復合結構。在土模上全斷面鋪設復聚乙烯復合土工膜，在土工膜和襯砌板之間鋪設20mm厚M5.0水泥砂漿過渡層。這種形式適用于地下水位低的填方渠段。2）預制鋼筋砼板。適用于灌區地下水位相對較高的渠段，以及較大的弧腳梯形斷面。3）U形現澆式適用于小流量地質條件要求不高，地下水位較高渠段。

（四）運用隔熱保溫材料

可以將隔熱保溫材料設置在襯砌體的下部，從而消減凍深與凍脹，并相應地減小置換的深度，以割斷下層土所產生的水分補給，這也是一種簡便有效的抗凍脹辦法。聚苯乙烯泡沫板則是一種較為適宜的保溫材料。聚苯乙烯泡沫作為一種新出現的保溫材料，有較輕的自重、較高的強度、較低的吸水性、較好的隔熱保溫性能，而且價格又低，施工較為方便，因而已在國內、外進行了廣泛應用。在具體的渠道設計之中，可以依據1cm苯板厚度相當于8至10cm 砂礫石墊層的厚度來計算出需要置換的深度，再經過熱工計算，換算成苯板的厚度。

四、結束語

在我國寒冷的北方做好渠道的防滲抗凍措施日益重要，因此，我們在進行渠道的設計、施工時，對渠道工程防凍脹處理方式的選擇，既要防凍脹破壞，又要防滲，也關系到渠道的造價和施工的難易，必須合理優化，提高渠系水利用系數。要綜合考慮設計的科學性、合理性和規范性，同時在渠道防滲襯砌工程中，采用新技術、新工藝、新材料、開發新設備，在渠道的防滲抗凍重起到了良好的互補作用。

參考文獻：

[1]王樹洲.渠道抗凍防滲設計探討[J].東北水利水電，2007，（8）.

[2]陳金良.北方渠道防滲抗凍技術研究與進展[J].科技資訊，2009，（16）.