探討渠道凍脹處理的方式

張海敏

【摘 要】研究渠道凍脹破壞的機(jī)理，采取有效的措施預(yù)防它，對保證各級防滲渠道的正常運行，減少維修養(yǎng)護(hù)的費用意義重大。

【關(guān)鍵詞】渠道；凍漲處理

一、渠道凍脹原理

渠道凍脹破壞是由于渠基土受凍體積膨脹頂托襯砌而形成，渠基土受凍體積膨脹必須具備以下條件：

⑴寒冷氣候區(qū)持續(xù)的負(fù)溫條件；

⑵土壤中自由水和毛細(xì)水的存在，并且有通暢的水分補(bǔ)給通道；

⑶土壤本身的物理力學(xué)性質(zhì)，包括土的顆粒組成，礦物質(zhì)成份等。

在以上三個條件中，土壤中自由水和毛細(xì)水的存在是凍脹發(fā)生的的先決條件，也是必備條件。在整個漿脹破壞過程中，水是最活躍的因素。

從目前受凍脹破壞的渠道來看，基本上位于灌區(qū)內(nèi)，且處于灌區(qū)中、下游的居多。這是因為在灌區(qū)中下游地區(qū)，地下水埋深淺，土壤顆粒細(xì)，土體中自由水和毛細(xì)水的補(bǔ)給十分充足。一旦氣溫下降至零度以下，土體中的自由水和毛細(xì)水的體積受凍膨脹，引起土體膨脹，頂托襯砌，破壞渠道。

綜上所述，凍脹破壞是寒冷地區(qū)渠道建設(shè)中的一大難題，由土壤中的水、土體顆粒物理性質(zhì)和負(fù)溫所致，大多發(fā)生在灌區(qū)的中下部。

二、渠道防凍脹處理形式及比較

1、渠道防凍脹處理形式

渠道防凍脹處理可通過改變渠道結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)，即用“U”形或矩形斷面來代替梯形斷面。但這種處理形式只適用于小渠道，流量小于1m3/s的渠道。對于大渠道來說，若采用這種處理方式，難免造成造價和施工難度的加大。

切斷凍土地基在凍結(jié)前、后的水分補(bǔ)給是過去防凍脹處理常用的法，此外改變渠基土體的基本結(jié)構(gòu)也是保證土體非凍脹性的一種方法。

要切斷凍土地基在凍結(jié)前后的水分補(bǔ)給，通常是采用高填或排水措施來減少水分的補(bǔ)給。但是由于土體顆粒及物理力學(xué)性質(zhì)的決定，毛細(xì)水的作用不可忽視。毛細(xì)水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同樣會對渠產(chǎn)生凍脹破壞。

改變基土的基本結(jié)構(gòu)的辦法是進(jìn)行渠基土的換填，就是用大顆粒的土體填入渠基，將原來的細(xì)顆粒土體挖走。這種換填工程量較大，換填厚度一般要大于等于凍土深度。如果在凍土深小的地區(qū)使用尚可，若在凍土深較大的地區(qū)使用，往往工程量是巨大的。

因此在實際工作中，往往將幾種工程措施結(jié)合起來使用。即以回避一種因素為主，輔之以回避另一種因素的綜合措施進(jìn)行防凍脹處理。

近來隨著新型建筑材料的問世，苯板越來越多地應(yīng)用于渠道的防凍脹處理。苯板防凍脹的主要機(jī)理是它具有保溫的功效，保證了渠基土不受負(fù)溫的影響，根據(jù)現(xiàn)有對苯板的搞凍試驗資料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂的保溫效果。遠(yuǎn)大于相當(dāng)于5～10cm厚的塑膜的保溫效果。

2、渠道防凍脹處理形式比較

在高地下水位區(qū)，即使采取了斷絕土壤中水分補(bǔ)給的措施，仍難以保證阻止毛細(xì)水的上升，因此還必須采取其它防凍脹處理形式。

對渠基土進(jìn)行換填是一種防凍脹的處理形式，它即改變了渠基土的結(jié)構(gòu)，又具有一定的保溫作用。它的優(yōu)點是：①當(dāng)渠道附近有大量換填材料時，造價可能便宜；②由于對渠基進(jìn)行了徹底換填，當(dāng)質(zhì)量達(dá)到要求時，可保證渠道永久不受凍脹危害。同時也具有以下缺點：①由于換填厚度大，土方工程量較大，當(dāng)換填材料運距較遠(yuǎn)時，造價較高；②施工難度大，清除了渠基原土，換填后的砂、戈壁難以進(jìn)行夯實，要達(dá)到施工規(guī)范要求，難度較大；③換填料的質(zhì)量難以把握，要求回填含土量小于5%的料。采用天然材料，很難尋找料源。若采用人工加工料，則不經(jīng)濟(jì)。

若不采用基土回填，只鋪設(shè)苯板保溫，防止渠基土凍脹也是近年來漸漸采用的一種防凍脹處理形式。它只有保溫作用，不對基土進(jìn)行回填。具有以下優(yōu)點：①抗凍效果好，采用10cm的苯板即達(dá)到了換填100cm砂或戈壁的保溫效果；②施工方便，渠道開挖斷在小。不對基土進(jìn)行攏動，直接將苯板置于基土上，在苯板上直接進(jìn)行襯砌材料的施工；③在一定條件下造價便宜，使用的施工機(jī)械少，人工省。采用苯板，不進(jìn)行基土換填，避免了大量土石方機(jī)械的使用。當(dāng)基土換填材料運距大于一定距離時，其造價低的優(yōu)勢立即顯現(xiàn)。

苯板防凍脹材料的缺點是：在一定條件下，同換填相比，造價較高。當(dāng)基土換填材料運距小于一定距離時，其造價明顯高于換填處理。

三、結(jié)語

對渠道防凍脹處理方式的選擇，關(guān)系到渠道的造價和施工的難易，必須慎之又慎。苯板作為一種新型的渠道防凍脹處理方式，具有其獨特的優(yōu)點。現(xiàn)階段巴州對苯板的運用還剛開始，一切還處于試驗摸索階段。雖然已有成功的運用例子，但需在今后的渠道設(shè)計與施工中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，進(jìn)一步完善苯板的防凍理論和實際運用經(jīng)驗，為這一新型防凍材料的大面積推廣應(yīng)用提供條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/5111—2000，水利水電工程施工監(jiān)理規(guī)范。

[2]SL233——1999水利水電建設(shè)工程驗收規(guī)程。