農田水利工程凍脹破壞及防治措施

何桂蓮

（甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅蘭州 730314）

農田水利工程與國家糧食安全息息相關，對農業經濟發展有著直接的影響。而凍脹破壞是農田水利工程最易出現的問題，不僅會影響工程效益的正常發揮，而且會降低農田水利工程的使用壽命，并對工程運行安全構成威脅。為此，筆者結合自身的實踐工作經驗，對農田水利工程的凍脹破壞原因做出了分析，并提出了相關的預防性措施。

1 農田水利工程凍脹破壞原因

農田水利工程凍脹破壞主要是由土壤中的水及土體顆粒物理性質和負溫導致的，如冬季外界溫度降低時，土體中水分會發生凍結，從而引發凍土現象。凍土的深度會隨著負溫越來越大，使土壤出現凍脹現象，這樣在約束力的影響下凍土的形態就會發生變化。顯然，渠道中的基土也會在受凍的情況下出現膨脹，這就會加大農田水利工程渠道混凝土板的變形程度。通常，農田水利工程凍脹破壞多發生在灌區中下游部，而這主要是因為下游土基埋設比較淺顯，因此在外界氣溫降低的情況下更易發生體積膨脹。由此可以看出，農田水利工程凍脹破壞由以下3個條件構成：寒冷氣候區域的持續負溫條件；土壤本身的物理性質，包括土的顆粒組成、土的礦物質成分等；在土壤中存在自由水和毛細水，并且這些水分與渠道交互滲透。這3種因素的合并致使農田水利工程發生凍脹破壞，不僅嚴重影響了農田水利工程自身效益的發揮，而且縮短了農田水利工程的使用壽命，因此今后必須對此加強防治。

2 農田水利工程凍脹破壞防治措施

2.1 優化農田水利工程設計在經常伴有寒凍天氣的特殊地區，農田水利工程容易出現凍脹破壞。對此，可以通過改變凍土的性質或者結合對凍脹規律的分析，提升農田水利工程的抗凍能力。但無論采取哪一種方式，從源頭入手，整體考慮當地的溫度情況及地下補水情況，從而優化農田水利工程設計，是十分必要的。例如，在一字型的水閘渠系建設過程中，在進行工程設計時重點應放在水平防滲上，從而縮小工程的斷面，以有效避免凍脹現象的發生。在對基礎結構部位進行設計時，則可以設置一些防水層，同時還可以設計反拱底板，利用反拱底板的抗壓性對凍脹力形成很好的抵制。此外，在農田水利工程設計中，設置變形縫也是一種可行的方式，這樣可以避免溝渠物在凍害的影響下受到破壞，并促使內部結構的穩定性得到提升。在有條件的情況下，可以在農田水利工程中使用柔性連接管進行連接，并采用固定連接的方式，以有效防止農田水利工程出現凍脹錯位的問題。

2.2 切斷凍土地基水分補給農田水利工程凍脹破壞的主要原因是土壤中的水及土體顆粒在負溫的情況下發生物理性質改變，由于土壤中有自由水和毛細水的供給，在外界溫度不斷下降的情況下會使土壤發生凍脹。對此，如果能切斷凍土地基的水分供給，就可以避免農田水利工程出現凍脹破壞。如果可以切斷地基的水分供給，可以采用高填或排水措施，但在這個過程中施工人員一定要把握好土壤中毛細水的作用及土壤自身的物理性質。毛細水往往上升至地下水面以上2～3 m的平面上，會對渠基產生凍脹破壞。因此，切斷細顆粒土壤中的水分這種方式是行不通的。這就可以從改變土壤結構的角度來考慮，通過換填土的方式來改變土體結構，如施工人員可以在農田水利工程興修的過程中換填一些顆粒比較大的土地，從而替換土壤中原有的細顆粒土，并確保換填的土質與凍土的深度基本是平齊相等的。這樣由于土壤的性質發生了改變，切斷了地基土中的水分供給，就會極大地減弱農田水利工程凍脹破壞的現象。

2.3 改善施工步驟和修補措施在農田水利工程中，有效的施工程序和修補措施也可以避免出現凍脹破壞現象。例如，在冬季施工過程中，挖好基坑后應立即進行澆筑，若是不能及時進行澆筑，必須覆蓋相關的保溫材料，這樣才能避免基土出現凍脹問題。如果在施工過程中晝夜溫差較大，尤其是在低于3 ℃時，則可以在混凝土材料中加入一定劑量的防凍劑，以有效減少混凝土材料中的水分，從而起到一定的抗凍效果。

如果農田水利工程已經出現了凍脹損壞現象，可以通過相關措施進行修補。例如，可以采用噴漿防滲的方式，即在凍脹破損的位置將混凝土板以超高的速度注入，從而起到一定的修復作用。或者使用環氧材料對凍脹位置進行修補，此種材料抗滲性能、抗腐蝕能力較強。但需要注意的是，使用環氧材料修補，要嚴格確定材料的配比，這樣才能提高農田水利工程的防凍能力提供保障。

近年來，我國在農田水利工程建設方面取得了長足的進步，這也在很大程度上帶動了我國農業經濟的發展。而在一些特殊地區，由于經常伴有寒凍天氣，易使農田水利工程受到凍脹破解，不僅影響了工程效益的有效發揮，而且易引發安全問題。對此，一定要結合當地的實際情況，從農田水利工程凍脹破壞原因出發，制定針對性的防治措施，從而最大限度地減少凍脹破壞損失。