常玉榮　劉燕楠　汪思佳　王越　李丹

摘 要：利用襯砌渠道減少引水漏水損失，提高灌區(qū)水資源利用效率，對農(nóng)牧業(yè)發(fā)展具有特別重要的意義。但是，在我國寒冷地區(qū)，渠道襯砌工程一般都有嚴(yán)重的凍害。針對季節(jié)性凍土區(qū)襯砌渠道凍脹破壞的問題，本文提出了有效的防凍技術(shù)措施，為多年凍土區(qū)襯砌渠道的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：襯砌渠道;凍脹破環(huán);凍土區(qū)

0 前言

渠道是從原地面開挖或挖填并舉的方式建成的輸水工程。通道的建設(shè)將改變原始土壤的溫度，濕度和應(yīng)力場?；林械目障端芡饨鐪囟鹊挠绊?，產(chǎn)生季節(jié)性凍脹和融沉，使得坐落在土基上襯砌物，受到種種動力作用而產(chǎn)生不同部位、不同形式、不同程度的破壞，造成襯砌物的鼓起、錯位和滑移，施工縫和膨脹縫開裂，填料無效，渠道防滲功能部分喪失。由凍脹和融沉引起的殘余變形將逐年增加，直到總使用價值喪失。所以如何設(shè)法減少或消除河床基土的凍脹性，則是設(shè)計者需要解決的問題。

1 剛性護(hù)面渠道凍脹破壞成因分析

（1）土質(zhì)條件

當(dāng)渠床為粗顆粒土?xí)r，一般凍脹量很小。當(dāng)襯砌適應(yīng)不均勻凍脹變形能力較強(qiáng)時則凍脹破壞不會出現(xiàn)。當(dāng)渠床為細(xì)顆粒土，特別是粉質(zhì)土?xí)r，當(dāng)含水量較大且有地下水補(bǔ)給時，則很大的凍脹量將會產(chǎn)生;當(dāng)渠床上采用混凝土或漿砌石等適應(yīng)變形能力較小的剛性襯砌時，往往會產(chǎn)生凍害破壞。在有地下水補(bǔ)給條件下，渠床的最大凍脹量分別達(dá)43 cm和41 cm，在強(qiáng)凍脹土地區(qū)，若不采用消除或削減凍因措施，既使采用適應(yīng)凍脹變形能力強(qiáng)的柔性砌村也難免受凍害破壞。

（2）水分條件

土體中的含水量的多少是引起土體凍脹的關(guān)鍵因素。土體是否發(fā)生凍脹，含水率都有一個界限，即為起始凍脹含水率。只有超過這個界限后，土中水相變成冰體積膨脹才能產(chǎn)生土體凍脹，當(dāng)土中含水率小于起始凍脹含水率時，存在于土顆?？障吨械乃恰皟龆幻洝保湓蚴窃谶@種含水率的情況下，水相變成冰，體積膨脹填充了土的孔隙，地表層并不顯示隆起。由于渠床土體水分狀態(tài)是決定襯砌物是否發(fā)生凍脹破壞的重要因素，所以混凝土預(yù)制板襯砌（或現(xiàn)澆混凝土板襯面）裂縫多發(fā)生在靠近坡腳和坡底。

（3）外界負(fù)溫

外界氣溫是引起土體凍脹的外界條件，土壤的凍結(jié)伴隨著土中溫度的變化過程。負(fù)氣溫通過與土體的各相介質(zhì)的熱交換，使得土體溫度下降。每一種土質(zhì)都有各自的起始凍結(jié)溫度，土的凍結(jié)溫度與土顆粒分散度、礦物成分、含水量以及水溶液濃度有關(guān)。隨著含水量的增大土壤凍結(jié)溫度會隨之提高，反之，亦然。

（4）渠道村砌的結(jié)構(gòu)特點

目前我國采用較多的是混凝土和砌石等剛性襯砌，這些襯砌的特點是抗拉強(qiáng)度低，但是抗壓強(qiáng)度高，襯砌層薄，對凍脹敏感，適應(yīng)變形能力差。當(dāng)渠床產(chǎn)生不均勻凍脹變形時，容易引起襯砌產(chǎn)生強(qiáng)度破壞，造成各種裂縫。這種渠道襯砌的結(jié)構(gòu)特點也正是其易受凍害的原因之一。

2 剛性護(hù)面渠道抗凍脹措施

當(dāng)渠道襯砌的材料和斷面形式相同，基土土質(zhì)不同，其凍害的程度也不相同。故可將其根據(jù)渠基土凍脹性采取不同的抗凍脹措施。

2.1 渠基土凍脹性類別屬于Ⅱ級以下，凍脹量小于2倍允許凍脹位移量時的抗凍脹措施

（1）對于小型渠道，可以采用整體式U形槽襯砌。因為 U形斷面較梯形斷面具有一定的反拱作用，渠基土凍脹時，其凍脹變形分布均勻，抵抗力較強(qiáng)，可以明顯減輕凍害，而且在基土溶化后，基本上能夠復(fù)位，殘余變形較小。

（2）對于中小型梯形混凝土襯砌渠道，可以采用架空梁板式或預(yù)制空心板式結(jié)構(gòu)。為了增強(qiáng)梁板結(jié)構(gòu)的抗凍害能力，宜采用鋼筋混凝土梁，從而提高梁的抗彎、抗剪強(qiáng)度。預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)的厚度大于同方量實體混凝土板的厚度，起到了保溫隔熱作用以減少凍結(jié)深度。

（3）對于大型渠道，可采用現(xiàn)澆的混凝土肋梁板、楔形板、中部加厚板或預(yù)制的門形板等防身結(jié)構(gòu)形式

2.2 渠基土凍脹量大于2倍允許凍脹位移量時的抗凍脹措施

（1）渠基土換填措施

應(yīng)采用砂土、礫石、碎石、礦渣等非凍脹型土，或者上述材料的混合料換填凍脹性較好的細(xì)顆粒土。渠道斷面的不同點和不同部位宜采取不同的換填深度。根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL18- 2004），換填料應(yīng)置換到封頂板邊界以外10cm。當(dāng)渠道中水流速度較大時，應(yīng)防止水流對換填層的淘刷;當(dāng)渠水含泥量較大時，應(yīng)防止換填層含量的增加而喪失換填功效，故最好在換填層外圍用土工布保護(hù)。

（2）保溫隔熱措施

保溫隔熱措施是指在渠道襯砌下面鋪層導(dǎo)熱系數(shù)較小的隔熱材料，從而達(dá)到渠道基土不凍結(jié)或削減凍結(jié)深度，以達(dá)到減小渠基土凍脹或不發(fā)生凍脹的目的。目前工程上常用的保溫隔熱材料是聚苯乙烯泡沫塑料板。聚苯乙烯苯泡沫塑料板技術(shù)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的全面性，在抗凍的形式上更加安全穩(wěn)定。同時，該項技術(shù)在使用以后，后期不會出現(xiàn)頻繁的維護(hù)現(xiàn)象，節(jié)省了后期的維護(hù)費用。

（3）排水、隔水措施

對同一工程地點來講，渠床土壤的含水量和地下水位是影響凍脹的關(guān)鍵所在，故搞好排水、隔水措施是解決渠系襯砌防治凍脹破壞不可忽略的問題。排水、隔水法是通過排水或阻水的方法來改變水分的運移方向，從而達(dá)到減少或避免建筑物凍害的發(fā)生。在工程實踐中，根據(jù)不同類型的建筑物平板基礎(chǔ)的工作條件，建筑物允許變形條件，使用年限以及地基的水文地質(zhì)條件，地形條件可以采用不同的隔水、排水方法。

（4）物理化學(xué)法改良地基措施

物理化學(xué)法改良地基是通過外加物質(zhì)與土顆粒進(jìn)行物理作用或化學(xué)作用，從而改變地基土的特性，以減少或消除地基凍脹的一種方法。目前主要采用人工鹽漬化、摻加憎水物質(zhì)和利用外加劑改變土的分散性三種方法來降低土粒表面自由能量和凍結(jié)溫度，并改變土粒的親水性、礦物的水化性、地基的透水性，從而減少或消除地基凍脹。

3 結(jié)束語

渠道凍脹是我國嚴(yán)寒地區(qū)渠道防滲體系遭到破壞的重要原因之一。影響渠道凍脹破壞的因素有土質(zhì)條件、水分條件、氣溫條件等。因此應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁?、地下水位、土質(zhì)、多年平均凍深（10年以上）等情況，選擇合理的防凍脹措施以適應(yīng)、削減渠基土凍脹措施為主，再加上經(jīng)濟(jì)實用的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等抵抗凍脹破壞。