寒冷地區灌區渠道襯砌防凍脹工程技術

馬志新

（黑龍江省農墾建三江管理局勤得利灌區管理站，黑龍江 佳木斯156426）

當前，我國在寒冷地區灌區渠道襯砌過程中凍脹破壞問題十分嚴重，而此類問題特別普遍，特別是在地下水位比較高的地區，此類問題對于渠道自身和灌區的運行質量都會有很大程度的危害。對此，需要著重分析和探討寒冷地區灌區渠道襯砌防凍脹等相關內容，做好相應的工程建設，使相應技術不斷優化和完善，這是至關重要的。

1 寒冷地區灌區渠道襯砌凍脹問題出現的主要原因

從整體上來看，在我國的寒冷地區灌區渠道襯砌過程中存在凍脹的問題，其根源主要體現在三個方面，分別是：土質的凍脹濕度，土壤中含水量出現很大程度的變化，以及對基土造成了某種程度的破壞。

通常情況下，我們所稱之為的凍脹性土，主要指的是在基礎的土壤中含有小于0.5cm 的土粒，如果地面的溫度在0 度以下，渠道的襯砌和基礎土壤表面之間就會產生一定的空隙，空隙中會有殘留的水分，在這樣的情況下會形成一種冰晶體，基土就會形成最初級的凍結面。如果氣溫持續降低，在基礎的土壤中所存留的水分會進一步凍結變成冰晶體，然后進一步通過毛細粒基礎土壤中的水分在很短的時間內進一步向上移動，在這樣的情況下原本的上部基礎土壤中的冰晶體會進一步增大，最終形成凍土層。特別是在寒冷的冬季，此類地區的溫度特別低，基礎土壤中的中部和下部并沒有凍結的水分，不會受到毛細力的影響，繼續朝著基礎土壤的上部進行移動，在這個過程中凍結的深度就會進一步增大，與此同時，凍結區域的水量也會進一步增加，由此就會導致基礎土壤出現特別顯著的膨脹，如果凍脹力超過或者等于基礎土壤中渠道滲氣的強度，在這樣的情況下，灌區的渠道襯砌就會被嚴重破壞，或者被頂起，由此使灌區的渠道襯砌凍脹問題越來越嚴重。

寒冷地區灌區渠道襯砌防凍脹工程實例圖

2 寒冷地區灌區渠道襯砌防凍脹工程技術分析

2.1 渠道襯砌防凍脹自適應斷面技術

從實踐中來看，在寒冷地區的灌區渠道襯砌防凍脹功能和渠道的斷面形狀有著十分緊密的內在關聯。當前，我國有很多的渠道斷面形狀是梯形或者矩形，通常情況下在坡地的周圍會結合具體情況構建伸縮縫，進一步根據觀測的具體信息可以看出，基土凍脹越來越向著上部移動，在這個過程中，渠道的底部襯砌在很大程度上受到渠道周圍襯砌塊的影響，在本質層面支撐于渠道坡底設定的簡支板會有一定的變形問題，在這樣的情況下，渠道襯砌內部就會產生相應的拉應力。因為混凝土本身所呈現出的抗拉強度比較低下，由此使渠道出現開裂的問題。所以在凍脹的過程中，渠道底部的襯砌會在中間位置出現縱向的裂縫，在渠道的邊緣位置，也會有某種程度上的縱向裂縫，針對這樣的情況，在地面以下水位的影響之下，渠道的邊緣位置產生裂縫的幾率就會明顯下降，從而向渠道的中下部進行轉移。對此，有針對性的應用渠道襯砌防凍脹自適應斷面技術，能夠使該區的凍脹問題得到有效解決。在具體的應用過程中，要根據具體輸水量的情況，使斷面得到切實有效的改良和優化，使整體的斷面形狀為弧形，在對其進行優化和改進的相關環節，斷面要通過弧形坡角和坡形軀體，同時也要使渠道坡角受力的集中點得到有效的改變。其次，要針對渠道內部結構進行不斷的優化，如果渠道受到凍脹力，渠道就會從簡支的形狀變成反拱的形狀，而由此也使得襯砌應力從拉應力轉變成為壓應力，由此可以呈現出更明顯的防凍脹效果。

2.2 有針對性的應用基土層保溫技術

在寒冷地區灌區渠道襯砌凍脹問題發生的過程中，其根本的因素是因為基土受到了凍脹的因素影響，在這個過程中溫度是核心因素，如果溫度比較低，渠道的基礎就會出現十分嚴重的凍脹問題，因為渠道的襯砌和渠道基土層鋪設的泡沫水泥和珍珠巖制品等制作成為保溫材料，在這樣的情況下，有效應用基土層保溫技術，通過相應的保溫措施，使其導熱性能得到最大程度的發揮，這樣能夠使渠道基土中的熱量流出和流入的速度進一步有效減緩，由此可以使基土層中水熱耦合的功能進一步降低，由此，就可以構成人為的凍土層分布深度和凍裝系數。因為基土的凍脹現象有比較明顯的衰減，所以這樣就能夠使寒冷地區灌區渠道襯砌的防凍脹功能得到充分的體現，在有效應用基礎層保溫技術的過程中，要盡可能選用厚度為10 厘米的聚苯乙烯泡沫板，在實踐的過程中使其保溫功能得到充分的發揮。

2.3 基土層防水技術

在渠道中，基土層的數量如果比基土層最初動蕩水量明顯增加，在這樣的情況下就會導致渠道襯砌出現凍脹的問題，針對此類情況，有效應用基土層防水技術可以使此類問題得到有效解決。為了充分避免渠道滲透水分以及地下水不補充動土層的水分，要從根本上有效排除滲漏的水分和地下水，使基土層的水分得到充分降低，這樣可以使渠道襯砌被凍脹的問題得到充分的緩解。對于渠道襯砌而言，它包含施工縫和溫度縫等相關的滲水部位，所以要使滲漏的水分得到充分的降低，要充分確保溫度與施工條件高度吻合，在渠道的預支配置和實際的澆筑過程中，要盡可能有效確保縫隙的數量充分降低，這樣可以使防滲功能進一步提升。在具體的操作過程中，為了使防滲功能進一步增強，可以在具體施工環節提前留下鋪設大于1 米的防滲薄膜。與此同時，用砂漿對于襯砌塊之間的縫隙進行有效鋪滿，結合具體情況對其進行表面的按壓平實工作，再通過復合型的防滲襯砌進一步全面鋪設襯砌塊下的薄膜，這樣能夠使基土層防水技術的作用和功效得到充分的發揮。

2.4 基土層換填技術

因為在寒冷地區灌區渠道的襯砌特別容易產生凍脹的問題，所以在這樣的情況下，相關工作人員要著重采取相應的措施，結合具體情況，使渠道的防凍害效果得到充分的提升，要有效應用基土層換填技術，大多數時候，渠道基礎都是在動蕩性的土層狀態之下，對此，要從本地區的實際情況出發，進一步有效利用風積沙等凍狀性能比較弱的材料更換渠道基土的相關土層。因為風積沙在凍結的過程中，在基礎土壤中含有的土壤水分會進一步轉移到凍結面的反方向，由此使水分充分減少，進一步確保渠道的整體防凍脹功能又有顯著增強。以平穩的滲透水分作為基礎，要充分確保換填施工材料和下墊面土壤之間的反濾層，并且設置相對應的排水設備。

總而言之，通過上面的分析和探討，我們可以充分看出，在寒冷地區的灌區渠道襯砌防凍脹工程技術的應用過程中，要著重針對相關技術進行不斷的優化和完善，結合該地區的氣候特點等相關因素，找到切實有效的解決凍脹問題的途徑和方式，進一步有效應用相應的技術，構建更系統完善的灌區渠道襯砌防凍脹體系，實踐更科學合理的整合方案，以此使該地區凍脹問題得到有效解決，在更大程度上提升灌區渠道襯砌防凍脹成效。