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基礎理論關系緊密，只有和凍土力學、工程凍土科學理論及其最新研究成果相結合，才能使防滲襯砌渠道抗凍技術上升為感性與理性相結合、微觀與宏觀相結合、工程實踐與基礎理論相結合的應用科技。

【關鍵詞】渠道防滲；抗凍措施

1、渠道抗凍措施的凍土力學原理。

1.1土在負溫下凍土原理，并不是所有土都在負溫下凍脹，只有含有水分，并且屬于凍脹的土才會在負溫下凍脹，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給；（3）土的物理學特性，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，要回避負溫條件，需要較大或很大工作量，投資較大，經(jīng)濟效益相對較低，因此改變基土的結構成分和切斷凍土地基在凍結前和凍結后的補給水源，是抗凍措施中最常用的方法。

1.2土在凍結時的水分遷移原理，土在凍結和在凍結持續(xù)下、水產(chǎn)生活躍的分子運動，使土粒面周圍的薄膜吸附水順著溫度梯度方向凍結封面遷移，正在凍結的土層中的濕度（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的土層源源不斷地向凍結封面遷移現(xiàn)象，發(fā)生正在凍結土層中的水分向凍結鋒面遷移的現(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)新疆水利水電科學研究院，在昌吉試驗場露天冷凍場測驗數(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，凡是修建在強凍脹性的細顆?；辽系膭傂砸r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10cm，嚴重地段在1/3處由于滲漏水作用，部分發(fā)生滑坡，當時對防止渠道凍脹，一般采用換填戈壁砂礫料措施，但對換填厚度沒有經(jīng)驗，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用昂貴，實際上難以做到，隨后又漿砌石引水渠改為小塊混凝土預制板塊防滲襯砌，結果在冬季輸水運行后，還是年年凍脹裂縫、隆起，年年春季維修，經(jīng)濟損失嚴重。

3、防滲渠道的抗凍措施

3.1切斷基土補給水源措施，

為防止或減輕基土的凍脹，切斷基土補給水源有多種方法、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給基土水分為目的的填土方法，渠道填方法的優(yōu)點是：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管高度和土在凍結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面下再鋪一層防滲塑膜進一步提高渠道的防滲標準，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，在點上和局部位置上降低地下水的措施有井點抽水法，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合抽水站，排水，如果線為于扇緣溢出帶，最好同時結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，又是改變原屬性強凍脹性基土的結構成分，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，當風積沙換填厚度為30-55cm時，渠床基土最大凍脹均小于7mm，但當只換置5cm的風積沙墊層時，基土凍脹量可達92mm，因此風積沙換填厚度一般不小于40cm。

4、結束語

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

參考文獻：

[1]新疆水利廳編 新疆灌溉 新疆人民出版社

[2]渠系工程抗凍脹設計規(guī)范SL23-91

[3]渠道防滲工程技術規(guī)范GB/T5060-2010