灌區冬季輸水渠道防冰和防凍脹措施分析

劉慧慧

摘 要：冬季氣溫偏低，輸水渠道容易出現凍脹、結冰現象，此類現象的發生會導致渠道受到破壞，進而引發泄露、滑塌等問題。為了保障輸水渠道的正常工作，一定采取有效的防冰、防凍脹措施，本文就此進行了相關的闡述和分析。

關鍵詞：冬季；輸水渠道；防冰；防凍脹

我國北方內陸地區冬季溫度較低，大部分地區會處于零下的狀態，一些寒冷地區甚至會達到-20℃以下。在持續低溫的情況下，輸水渠道很容易出現結冰現象，進而導致渠道內出現浮冰、冰蓋，從而造成渠道堵塞問題，嚴重影響輸水渠道的正常運作，且在凍脹情況的影響下，有可能會破壞輸水建筑。此外，在季節性凍土地區還會出現凍脹裂縫問題，不僅導致渠道漏水，還會降低水的利用稀疏，為灌區帶來巨大的經濟損失。所以，針對冬季輸水渠道的結冰、凍脹問題，要采取有效的預防處理措施，確保輸水渠道能夠在冬季正常運作，從而保障灌區的經濟效益。

一、灌區輸水渠道常見的凍害類型

1.冰凍破壞

如果輸水渠道在冬季還保持著持續運行的狀態，那么結冰問題就會破壞襯砌結構，也就是發生冰凍破壞。在溫度達到零下之后，渠道中運行的水體會持續結冰，一旦水面完全封凍，隨著水體的輸入，冰會不斷增多，冰凍層則會日益加厚，進而產生較大的自重和膨脹壓力，最終導致襯砌位移、變形。此外，在水體表面漂浮的冰塊會在低溫中累積成冰蓋，造成過水斷面縮減，導致水體無法正常流動，輸水效率就會隨之遍地，甚至會出現表面堵塞、冰壩等情況，導致渠道中的水被擠壓溢出，嚴重時還會引發潰渠問題。

2.凍融破壞

大部分輸水渠道的防滲層都是由混凝土構成，其容易出現孔隙水，在凍融特性的影響下，襯砌層會遭到破壞，也就是所謂的凍融破壞。混凝土襯砌層具有較強的吸水性，且渠道中時常會有水體流動，所以防滲材料中會積攢較多的水分。在溫度作用下，材料中積攢的水分會凍結成冰，水結冰后體積會增大9%左右，從而造成膨脹問題。如果此類問題帶來過大的應力，甚至超過混凝土強度，會造成防滲材料裂縫或變形，尤其在反復凍融之后，材料的吸水性能會增強，膨脹破壞也會進一步加深，最后導致襯砌材料表面脫落等問題[1]。

3.凍脹破壞

在寒冷的冬季，渠基也會受到溫度的影響產生凍融、融沉一類的問題，進而破壞襯砌結構，影響輸水渠道的正常使用。在凍土區，受到低溫影響，渠基土中含有的水分會結冰膨脹，如果膨脹壓力過大，造成混凝土無法承受，會使襯砌層隆起。如果襯砌結構整體出現凍脹情況，會導致結構斷裂。等到春天，溫度升高，結冰部分融化，渠基土結構會變得松軟，從而穩定性和強度降低，致使防滲襯砌混凝土出現損壞問題，甚至造成結構滑塌，不僅影響渠道的運行，還會帶來一定的安全隱患。

二、灌區冬季輸水渠道防冰和防凍脹的措施

1.明確冰害位置，優化運行方案

研究和實踐表明，冬季輸水渠道的冰害問題普遍出現在進水閘、主干線、壓力前池等位置。針對主干線產生的冰害問題，可以采取輸冰運行的方式，也可以采用冰蓋運行的方式，從而減少結冰問題帶來的影響。針對水閘等位置，可以采用水力拉冰的處理措施，以此減少結冰情況，降低冰害影響[2]。此外，也要對岸冰加以控制，避免其超過40cm。如果岸冰寬度超過40cm，則要進行加熱、打撈等處理工作，做好結冰位置的清理。根據實際結冰情況，在渠首和沿線位置適當設置排冰道，通過采取冰棱儲蓄、冰塊排除的方法緩解內部結冰的情況，進而有效控制堵塞問題的發生，確保輸水渠道的正常運行。

2.改進結構斷面，置換邊坡土體

要選擇恰當的渠道結構，如果水流量每秒不超過3m?且流速較低，且渠道屬于小流量。流速渠道，可以采用U型斷面，該斷面不僅具有較強的輸水效率，還具有一定的防凍性能，通過改變渠道結構來改變其抗滑穩定性，同時增強抗應力能力。通過對渠道、線路、水溝的合理規劃和布局，減少渠床基土中國的含水量，避免凍脹危害的出現。根據季節性凍土的特點，可以對渠道坡面土地進行置換，可以將砂礫作為主要置換材料，其具有較強的非凍脹性能。將出現凍脹破壞的土料全面置換，置換厚度譽為凍土深度的三分之二。在渠道輸水的過程中，凍脹部位會出現一定的上移現象，導致凍脹面增高，在邊坡板三分之一的位置會出現凍脹破壞。土體置換完成后，襯砌板下方的土體雖然仍舊會在負溫度作用下出現凍結問題，但由于置換的土體不會發生凍脹，所以不會引發變形問題[3]。

3.合理篩選材料，隔溫保溫處理

為了保障輸水渠道的質量，在渠道防滲施工的過程中，應該采用合理的防滲材料，并根據相關的技術規范控制材料的凍脹量。通常，砌石的凍脹量為1-3cm；混凝土的凍脹量為0.5-2cm；瀝青混凝土的凍脹量為3-5cm。合理篩選防滲材料能夠控制工程的凍脹性能。也可以對渠基進行夯實處理，或在防滲層下方再多加兩層封閉層，這些措施都能夠控制凍結層能夠獲得的水源補給，進而在隔熱保溫的作用下改善渠道的防凍脹性能。在隔熱保溫方面，可以深埋輸水構建物，使其位于凍土層下方，從而實現隔溫、保溫的目的。同時在防滲混凝土襯砌層下方設置保溫層，保溫材料可以采用EPS聚苯乙烯膨脹泡沫板。通過這種方式，既可以增加渠道的防滲性，也可以實現保溫的目的。調查顯示，采取此方法之后，渠系水的滲漏情況得到了明顯的環節，較之改造之前，滲透量縮減到了原有的十分之一，凍脹量也得到了大幅度的降低，約降低了70%，可見該方法有明顯的應用效果。此外，也可以在渠道兩側進行綠化種植，利用樹木根系形成纖維層，其不具有凍脹性，所以在改善基土性質的同時，也能形成網格圖層結構，進而提升結構穩定性。此外，樹木可以促進微氣候循環，也能帶來一定的保溫效果。

結語

綜上所述，在北方灌區，由于冬季溫度較低，輸水渠道很容易出現結冰、凍脹等問題，針對這些問題，應該采取有效的處理措施，如置換土體、隔溫保溫等措施，這些措施具有經濟有效的優勢，可以適當推廣。

參考文獻

[1]梁軍.淺析南河灌區渠道防凍脹措施[J].農業科技與信息，2018.

[2]魏鵬，宋玲，陳瑞考，et al.季節性凍土區冬季輸水渠道新式防凍脹結構的數值模擬[J].石河子大學學報（自然科學版），2018，v.36（03）.

[3]王文生.冬季輸水渠道防凍脹破壞研究[J].水利建設與管理，2017（10）.