渠道防滲工程設(shè)計(jì)及凍害防治問(wèn)題研究

謝 偉

(新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，烏魯木齊830000)

渠道防滲工程設(shè)計(jì)及凍害防治問(wèn)題研究

謝 偉

(新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，烏魯木齊830000)

由于全球淡水資源的危機(jī)在不斷加劇，如何合理有效地利用水資源問(wèn)題引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，并且提出了很多應(yīng)對(duì)措施。其中，渠道防滲是節(jié)約用水、實(shí)現(xiàn)節(jié)水型社會(huì)的重要內(nèi)容，在我國(guó)的節(jié)水工程技術(shù)中也是使用最廣泛的，它不僅可以減少灌溉用水的浪費(fèi)，并且具有很大的節(jié)水潛力。在我國(guó)北方尤其是新疆等地的渠道防滲工程由于凍害原因而常發(fā)生滑塌等事故，為了避免凍害，我國(guó)在渠道防滲方面加強(qiáng)了研究，并采取了防止凍害的措施。

渠道防滲;凍害防治;措施;對(duì)策

1 渠道防滲工程的作用

我國(guó)是農(nóng)業(yè)用水大國(guó)，其中農(nóng)業(yè)灌溉所需要的用水量是最為龐大的，但在灌溉過(guò)程中，浪費(fèi)現(xiàn)象非常突出，因此要采取有效的渠道防滲技術(shù)，降低滲漏所造成的損失，防治土地發(fā)生鹽堿化和沼澤化現(xiàn)象，保證渠道的安全運(yùn)行，節(jié)省土地的開發(fā)投資。

2 渠道防滲工程凍害考慮的因素

2.1 氣候和地形條件

氣候條件是渠道防滲工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)要考慮的基本因素，它對(duì)防滲材料的耐久性和工程防凍設(shè)計(jì)有決定性作用［1］。而地形條件是渠道防滲工程造價(jià)的重要因素，在渠道防滲過(guò)程中，埋鋪式膜料防滲渠道因流速小，多用于平坦地區(qū);低壓管道、混凝土和輸水槽等防滲材質(zhì)能快速的適應(yīng)地形變化。

2.2 渠道地基的土質(zhì)條件

渠道地基中的土質(zhì)凍脹量大小決定著凍害的嚴(yán)重程度，這主要取決于土質(zhì)所具有的凍脹敏感程度［2］。如果土質(zhì)顆粒的粒徑＜0.01～0.05 mm，渠道土質(zhì)就會(huì)發(fā)生凍脹，如果土質(zhì)顆粒的粒徑在0.05～0.002 mm，其土質(zhì)凍脹現(xiàn)象最為嚴(yán)重，而當(dāng)土質(zhì)顆粒粒徑＜0.002 mm時(shí)，其凍脹現(xiàn)象會(huì)相對(duì)減弱。因此，根據(jù)土質(zhì)顆粒粒徑將土質(zhì)成分又劃分為凍脹性土和非凍脹性土。

2.3 渠道水分條件

從渠道防滲工程的特點(diǎn)來(lái)看，水分條件是決定其凍害強(qiáng)弱的重要因素。工程的防水性能是否合格、地表排水是否通暢、水渠之間滲漏是否嚴(yán)重等問(wèn)題，都由渠道的渠床含水量大小所決定的［3］。在冬季，渠床的地下水位的高低與渠道停水時(shí)間、有無(wú)冬灌行水和襯砌的防滲優(yōu)劣是有直接關(guān)系，比如輸水渠道這樣的水利工程，因?yàn)榻?jīng)常與水接觸，在冬季負(fù)溫條件下也要通過(guò)輸水運(yùn)用，因而，在土體凍結(jié)時(shí)，土的含水量就要大于起始含水量，否則會(huì)加劇凍脹和凍害現(xiàn)象［4］。如果地下水位較高，在凍結(jié)過(guò)程中，地下水因水分遷移不斷補(bǔ)充凍結(jié)鋒面，凍害就會(huì)更為嚴(yán)重。

2.4 渠道防滲材質(zhì)

在很多渠道防滲工程中，所采用的防滲材料不適合，因凍害而發(fā)生問(wèn)題。比如土料類防滲材料，因其耐凍性能差容易凍壞;在渠道防滲工程的防滲材料中混凝土是使用最廣泛的，但因不能有效地適應(yīng)凍脹的不均勻變形而極易產(chǎn)生凍脹破壞。在新疆很多渠道防滲工程中就采用這種混凝土材質(zhì)，比如新疆兵團(tuán)農(nóng)三師的小海子灌區(qū)、英爾曼支干渠，48團(tuán)、50團(tuán)、53團(tuán)干渠防滲工程設(shè)計(jì)中都采用這種混凝土作為防滲材料。這種混凝土是由具有吸水性能的水、石、砂和水泥等材料構(gòu)成，在溫度較低的條件下，體積就會(huì)不斷發(fā)生膨脹，在多次凍脹之后，融化后循環(huán)的反復(fù)，最終導(dǎo)致混凝土發(fā)生凍融破壞，在渠道防滲工程中會(huì)造成鼓脹及裂縫、架空隆起、滑塌等事故。

3 以新疆為例，提出防治渠道防滲工程凍害的對(duì)策

3.1 根據(jù)斷面形式采取相適應(yīng)的措施

渠基土的凍脹是引起渠道防滲工程凍害的主要因素［5］。其中，防滲渠道的防滲材料和渠道斷面形式對(duì)所允許的凍脹變形應(yīng)采取與之相適應(yīng)的防治措施，而不同的防滲材料和渠道斷面形式對(duì)凍脹變形量是有標(biāo)準(zhǔn)的，見表1。

表1 防滲材料及渠道斷面形式所允許凍脹變形標(biāo)準(zhǔn)

1)在U型槽襯砌結(jié)構(gòu)中，因渠底為U型半圓形斷面，鋪設(shè)聚乙烯塑料薄膜作為保溫層，整體性較好，可抵抗基土凍脹破壞能力，例如新疆石河子136團(tuán)防滲支渠和新疆溫宿縣就是這種結(jié)構(gòu)，這種方式達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)凍脹破壞現(xiàn)象。

2)在梯形弧形底的斷面結(jié)構(gòu)中，因弧形底梯形斷面采用膜襯砌結(jié)構(gòu)，可以有效緩解在凍脹過(guò)程中對(duì)土質(zhì)造成的約束力，例如新疆五家渠的猛進(jìn)水庫(kù)渠道防滲工程，它與猛進(jìn)水庫(kù)一起建造于1954年，土渠全長(zhǎng)24 km。由于該渠道在冬天是不進(jìn)行輸水，故使用該結(jié)構(gòu)為防止凍害，渠道使用十余年未出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象。

3)在弧形坡腳斷面結(jié)構(gòu)中，主要增設(shè)縱向性的伸縮縫，在渠道底板下使用砂礫石和聚乙烯塑膜，為了適應(yīng)凍脹發(fā)生變形，這種結(jié)構(gòu)在使用中不會(huì)出現(xiàn)大凍脹位移對(duì)渠道造成損害，例如新疆喀什葉城縣的渠道防滲工程以及阿克蘇的沙井子灌區(qū)等渠道防滲工程中都采取這種模式，效果也非常好。

4)在梯形斷面結(jié)構(gòu)中，以庫(kù)爾勒的白鷺河西尼爾水庫(kù)為例。在渠道防滲工程中，渠體采用塑料布防滲，預(yù)制混凝土六棱磚鋪面的結(jié)構(gòu)形式，在防治凍害方面也取得很好的效果。

3.2 選用合適的渠道防滲材料

由于混凝土的變形能力相比粗顆粒土如粗砂、礫石等就顯得較弱，而粗砂、礫石等材質(zhì)的凍脹值較小，其變形能力也就相對(duì)較大，滿足了在渠道設(shè)計(jì)中凍脹的不均勻變形，有效地防止了凍害現(xiàn)象的發(fā)生。所以，粒徑較大的風(fēng)積沙和戈壁沙就被大量使用到新疆很多地區(qū)的渠道防滲工程中，比如新疆昌吉等地在渠道防滲工程中采用第四紀(jì)砂作為防滲防凍材料。

3.3 凍脹回避在渠道防滲工程中的運(yùn)用

很多渠道會(huì)因自然條件而產(chǎn)生較大的凍脹現(xiàn)象，凍脹回避就是為了避開這些凍脹現(xiàn)象。因此，渠道在進(jìn)行選線設(shè)計(jì)時(shí)就要選在脊梁地帶，避開高水位地段，渠邊多種樹木等方式，也可以通過(guò)暗渠輸水防凍脹，例如新疆烏魯木齊的頭屯河水庫(kù)，在該水庫(kù)的暗渠中就是使用凍脹回避的方式在渠道防滲防凍中取得了非常好的效果。

但必須注意，因?yàn)榍纼龊Ψ乐卧谇涝O(shè)計(jì)、渠道施工及渠道的運(yùn)行管理中都有涉及，在使用凍脹回避措施時(shí)，就要嚴(yán)格對(duì)施工及運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制，使渠道在使用過(guò)程中能夠安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

因渠道防滲工程技術(shù)涉及面廣，技術(shù)又復(fù)雜，因此，應(yīng)將提高渠道防滲、抗凍害問(wèn)題作為重點(diǎn)，加大渠道防滲工程技術(shù)的研究力度。

［1］石金堂.渠道防滲工程設(shè)計(jì)及凍害防治問(wèn)題研究［D］.武漢:武漢大學(xué)，2004.

［2］陳亮，劉曉路，劉湘青，等.新疆地區(qū)襯砌渠道凍脹破壞及其防治措施［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2004(09):78－80.

［3］陳軍.混凝土渠道防滲凍害產(chǎn)生的原因分析和防治維修［J］.西部探礦工程，2006(02):223－224.

［4］張雅玲.渠道防滲工程凍害原因分析及防治［J］.新疆農(nóng)機(jī)化，2009(04):56－57.

［5］朱喜梅.淺議渠道防滲襯砌工程的凍害防治［J］.甘肅科技，2005，21(07):136 －137，112.

TV672

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1007－7596(2014)06－0165－02

2014－04－22

謝偉(1980－)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事水利工程施工工作。