淺議新疆頭屯河灌區(qū)渠道防滲抗凍措施

張新貴

【摘要】防滲襯砌渠道抗凍是水利工程抗凍的重要組成部分由于他面積廣，在新疆的灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)中具有突出的重要意義。渠道的凍脹及其抗凍措施與凍土力學(xué)基礎(chǔ)理論關(guān)系緊密，只有和凍土力學(xué)、工程凍土科學(xué)理論及其最新研究成果相結(jié)合，才能使防滲襯砌渠道抗凍技術(shù)上升為感性與理性相結(jié)合、微觀與宏觀相結(jié)合、工程實(shí)踐與基礎(chǔ)理論相結(jié)合的應(yīng)用科技。

【關(guān)鍵詞】渠道防滲；抗凍措施

1、渠道抗凍措施的凍土力學(xué)原理。

1.1土在負(fù)溫下凍土原理，并不是所有土都在負(fù)溫下凍脹，只有含有水分，并且屬于凍脹的土才會在負(fù)溫下凍脹，造成地基土凍脹的三個基本因素是：（1）寒冷地區(qū)具有持續(xù)負(fù)溫的氣候條件；（2）凍土中各種形態(tài)水分的存在和外部水源的補(bǔ)給；（3）土的物理學(xué)特性，包括土的顆粒組成、礦物質(zhì)成分和分散性等，在整個凍脹過程中，水是最活躍的決定因素。在上述導(dǎo)致凍脹破會三個基本因素中，只要消除或減弱其中一個因素，就能防止凍脹或減輕凍脹破壞危害，但這三個因素中，要回避負(fù)溫條件，需要較大或很大工作量，投資較大，經(jīng)濟(jì)效益相對較低，因此改變基土的結(jié)構(gòu)成分和切斷凍土地基在凍結(jié)前和凍結(jié)后的補(bǔ)給水源，是抗凍措施中最常用的方法。

1.2土在凍結(jié)時的水分遷移原理，土在凍結(jié)和在凍結(jié)持續(xù)下、水產(chǎn)生活躍的分子運(yùn)動，使土粒面周圍的薄膜吸附水順著溫度梯度方向凍結(jié)封面遷移，正在凍結(jié)的土層中的濕度（即含水量）剃度和溫度剃度呈一致方向，由此而發(fā)生基土水分從底下的未凍土層穿過正在凍結(jié)的土層源源不斷地向凍結(jié)封面遷移現(xiàn)象，發(fā)生正在凍結(jié)土層中的水分向凍結(jié)鋒面遷移的現(xiàn)象，新疆烏魯木齊和昌吉地區(qū)灌區(qū)凍土深一般為1.2m，渠道防滲襯砌下的凍深可取1.0m，根據(jù)新疆水利水電科學(xué)研究院，在昌吉試驗(yàn)場露天冷凍場測驗(yàn)數(shù)據(jù)：粘土、重壤土、沙壤土和砂礫戈壁土的水分遷移臨界深度分別為2.3m、1.7m、1.6m和1.0m，因此上述兩地區(qū)防止凍脹的地下水安全深度，對粘土、重壤土、沙壤土和戈壁土分別為3.3、2.7、2.6m和2.0m

2、頭屯河灌區(qū)防滲渠道的抗凍問題的現(xiàn)狀，

頭屯河灌區(qū)的渠道大多在60年代修建，修建了許多混凝土防滲渠道，凡是修建在強(qiáng)凍脹性的細(xì)顆粒基土上的剛性襯砌渠道，現(xiàn)澆混凝土，漿砌石防滲渠道，由于該渠道基土凍脹使襯砌材料發(fā)生隆起、裂縫，普片都遇到凍脹問題，每年冬季引水后，均發(fā)生沿水流方向裂縫，縫寬達(dá)10cm，嚴(yán)重地段在1/3處由于滲漏水作用，部分發(fā)生滑坡，當(dāng)時對防止渠道凍脹，一般采用換填戈壁砂礫料措施，但對換填厚度沒有經(jīng)驗(yàn)，在20cm、40cm、60cm三種換填土中，只有60cm厚度才能基本上不凍脹，由于這種厚度的換填量費(fèi)用昂貴，實(shí)際上難以做到，隨后又漿砌石引水渠改為小塊混凝土預(yù)制板塊防滲襯砌，結(jié)果在冬季輸水運(yùn)行后，還是年年凍脹裂縫、隆起，年年春季維修，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

3、防滲渠道的抗凍措施

3.1切斷基土補(bǔ)給水源措施，

為防止或減輕基土的凍脹，切斷基土補(bǔ)給水源有多種方法、雙層防滲法、生物排水法以及工程排水法。

3.1.1渠道填方法。以切斷或削弱地下水和周圍地面滲水補(bǔ)給基土水分為目的的填土方法，渠道填方法的優(yōu)點(diǎn)是：增大渠底與地下水位之間的垂直距離，盡量使渠床基土處于地下水毛細(xì)管高度和土在凍結(jié)是水分遷移距離范圍以外，可以加大基土中渠道滲漏或堤面、地面大氣降水入滲水的滲流坡降，以加快排水速度，降低基土中的含水量。

3.1.2雙層防滲法。雙層防滲法就是在混凝土或砌石護(hù)面下再鋪一層防滲塑膜進(jìn)一步提高渠道的防滲標(biāo)準(zhǔn)，在新疆寒冷地區(qū)，它起到防滲、防沖、防止凍脹“三防”作用，在頭屯河灌區(qū)均采用土料保護(hù)塑膜防滲渠與混凝土防滲渠兩種形式。

3.1.3工程排水法。在地下水位高的沼澤劃地區(qū)，特別在范圍廣闊的沖積扇扇緣泉水溢出帶地區(qū)，修建剛性防滲襯砌渠道，必須考慮降低地下水位的工程排水措施，在點(diǎn)上和局部位置上降低地下水的措施有井點(diǎn)抽水法，在線上和面上降低地下水位措施有群井排水、明渠自流排水或明渠自流結(jié)合抽水站，排水，如果線為于扇緣溢出帶，最好同時結(jié)合地下水水源地工程，集中開采利用地下水，同時也降低了地下水，此外，在渠線的局部地段，還可考慮采用暗管排水措施。

3.1.4生物排水法。是減少基土含水量，防治凍脹的排水措施，又是改變原屬性強(qiáng)凍脹性基土的結(jié)構(gòu)成分，使之成為不凍脹或弱凍脹性的須根土采用干砌卵石全斷面防沖、塑料薄膜防滲形式，這樣使渠道夏季渠內(nèi)引洪水位超過渠坡里面的塑料上沿并外測渠堤滲漏，以滿足渠道兩側(cè)樹木的需要，而樹木根系形成的須根土反過來可起到防止凍脹破壞的作用。

3.2凍脹性基土替換措施。在頭屯河河流遼闊的沖積平原上，地形坡度十分平緩，表層土都是屬于強(qiáng)度或中度凍脹性土，在這些地區(qū)修建剛性襯砌渠道，常采用基土換填措施，換填材料是非凍脹性或弱凍脹性沙、礫石料、戈壁沙、或戈壁砂礫土，根據(jù)測試表明，當(dāng)風(fēng)積沙換填厚度為30-55cm時，渠床基土最大凍脹均小于7mm，但當(dāng)只換置5cm的風(fēng)積沙墊層時，基土凍脹量可達(dá)92mm，因此風(fēng)積沙換填厚度一般不小于40cm。

4、結(jié)束語

隨著防滲襯砌渠道抗凍措施這項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)在新疆地區(qū)不斷發(fā)展，水工抗凍問題上積累的經(jīng)驗(yàn)越來越多，需要因地制宜采用多種方案比較，優(yōu)選其中效果好設(shè)計(jì)方案，在渠道襯砌功能上也要常常需要防滲、防沖、抗凍、抗磨多目標(biāo)考慮，從中選擇經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的襯砌形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]新疆水利廳編 新疆灌溉 新疆人民出版社

[2]渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范SL23-91

[3]渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范GB/T5060-2010