凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹的防治措施

□任 浩（塔里木河流域巴音郭楞管理局）

凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹的防治措施

□任 浩（塔里木河流域巴音郭楞管理局）

在工程建設(shè)中，就凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹防治舉措而言，工程人員可以依據(jù)不同的地理水文特征，通過對不同氣溫環(huán)境下凍脹程度進(jìn)行合理分析，系統(tǒng)地采取回避凍脹、消減凍脹兩大體系處理防滲工程中的凍脹問題，運(yùn)用切合實(shí)際的凍脹防治方案，在一定程度上增進(jìn)我國渠道工程進(jìn)度。

凍土區(qū)；防滲工程；工程凍瘡；防治措施

0 前言

就我國部分地理區(qū)域而言，每年冬季的平均氣溫都會達(dá)到0℃以下，造成渠道防滲工程出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，從而在一定程度上延緩了工程進(jìn)度。最近幾年，渠道防滲工程的凍脹事故逐漸得到了各地工程人員的重視，文章將就渠道中的凍脹防治進(jìn)行系統(tǒng)論述，有針對性地采用有效應(yīng)對機(jī)制，在維系工程發(fā)展的同時，延續(xù)渠道工程的使用壽命。

1 渠道襯砌體的凍脹破壞分析

因為土質(zhì)在低氣溫的影響下，常常會發(fā)生凍結(jié)或者是凍脹事故，而渠道襯砌體的原有質(zhì)量相對較輕，難以抵御冷空氣的凍脹破壞，因此工程人員經(jīng)常會遇到渠道襯砌體發(fā)生的凍脹事故。尤其是在具有季節(jié)性凍脹周期的地方，因會出現(xiàn)循環(huán)往復(fù)的凍脹情況，使渠道襯砌體凍脹情況得到了進(jìn)一步加深。

1.1 混凝土的澆筑或者預(yù)制混凝土襯砌

預(yù)制混凝土襯砌是以一種具有剛性的襯器材質(zhì)制作的，通常是6～7m的厚薄板塊，具有極強(qiáng)的抗壓能力。然而由于它面對凍脹破壞時，抗拉強(qiáng)度相對較低，因此很容易遭受破壞。

1.2 渠道截面襯砌的上揚(yáng)

渠道襯砌體中，當(dāng)渠道橫截面較為窄小的時候，其基土的凍脹情況基本是均勻分布，當(dāng)整體的襯砌有較大的剛硬度時，在側(cè)面凍脹力以及基地凍脹力的共同作用，其整體的襯砌會向上揚(yáng)起。例如：對于橫截面較為狹窄的U型混凝土渠道或者是渠道坡度較為短小的坡型渠道來說，在冷空氣的破壞下，會造成襯砌的上揚(yáng)，當(dāng)渠道襯砌向上抬起以后，在渠道內(nèi)部水流的影響下，經(jīng)常會發(fā)生坍塌、錯位的情況。

1.3 鼓脹和裂縫

在凍土區(qū)渠道防滲工程凍脹破壞中，凍脹出現(xiàn)裂縫的具體原因是渠道中存在不均勻的水溫分布，在襯砌體間所產(chǎn)生的凍結(jié)力的共同作用下產(chǎn)生了凍脹。通常情況下，凍脹裂縫一般會沿著渠道水流方向大范圍地呈現(xiàn)在混凝土現(xiàn)澆板塊上，裂縫的位置具體是在渠道底部以及板塊角落中1/3處的地方。當(dāng)冬季渠道水流流動或者出現(xiàn)積水情況時，裂縫即會出現(xiàn)在流水周圍的渠坡表面。當(dāng)混凝土砌塊長期處于低溫狀態(tài)的時候，它會因為無法適應(yīng)溫度變化而產(chǎn)生形變，在板塊間產(chǎn)生橫向或者是縱向的開裂情況。時間久了，其板塊的腫脹會逐漸成為砌塊的腫脹。使渠道出現(xiàn)滲水、漏水問題，增加基土的含水容量，加大了基土的凍脹，使得渠道中的裂縫日漸擴(kuò)張，破壞面積越來越大。

1.4 渠道混凝土襯砌體的架空

在寒冷的冬天，渠道在進(jìn)行水流運(yùn)行時，在水面上方1m左右的渠道坡口處，通常會出現(xiàn)混凝土襯砌突起架空的情況。就某市調(diào)查顯示，依據(jù)實(shí)際情況對渠道襯砌破壞原因進(jìn)行核查，砌體的架空大體上是因為地基板面的凍脹引發(fā)，而冰蓋的壓力則是次要原因，它只能說是在原有凍脹破壞下加重了對管道的損壞。針對于地下水處于較高位置的渠道端口而言，它的渠道坡腳通常處于渠道底部，造成渠道管道拱起。

1.5 坍塌移位

在渠道混凝土襯砌體遭遇凍脹破壞時，渠道底部的基土也會出現(xiàn)嚴(yán)重的凍脹情況。具體而言，即渠道內(nèi)部坡腳地方的混凝土板塊會立即隆起，逐步向頂部拱起，造成不同板塊間的搭架、錯位移動的現(xiàn)象。在渠道內(nèi)部水流不斷沖洗的過程中，將混凝土板塊腐蝕、融解，使其向下凹陷。同時，由于渠道空間的上層部分遭遇伏凍土的阻止與隔絕，從而在一定程度上降低了混凝土板塊與基土間的摩擦力，使混凝土板塊不斷向下滑動，在渠道底部的堆積，使得襯砌整體遭遇損害。

2 防滲工程凍脹破壞的有效防治措施

就如何防治防滲工程中的襯砌腫脹凍害而言，系統(tǒng)地說，就是參與渠道整體規(guī)劃，在完善渠床運(yùn)作時，優(yōu)化渠道的排水機(jī)制，整合砌墻模式，運(yùn)用高質(zhì)量的工程材料，加強(qiáng)渠道的凍脹管理?？偟膩碚f即詳細(xì)考察防滲工程中的凍脹破壞，采取最具操作性的凍害處理模式。

2.1 規(guī)避造成渠道凍脹的影響因素

在渠道防滲工程規(guī)劃設(shè)計中，工程人員應(yīng)盡量避免會造成渠道凍脹的影響。例如，應(yīng)切實(shí)規(guī)避容易出現(xiàn)較大范圍渠道凍脹情況的自然環(huán)境，針對渠道凍脹常發(fā)區(qū)域，有效規(guī)避渠道凍脹中有可能出現(xiàn)對于襯砌工程造成影響的因素。對此，工程人員可以將渠道埋入地下通道、在地底自制渠槽或者是將渠道架空等手段進(jìn)行防滲工程的凍脹破壞處理。

2.2 緩解防滲工程中的凍脹情況

就防滲渠道的建設(shè)而言，通常是采用弧形底梯形斷面以及U型斷面的模式，運(yùn)作這種截面方式，更加有利于管道靠近渠道水源，有效地防止渠道凍脹情況的發(fā)生。就其建造理論分析得出，渠道底部具有相對較好的反拱能力，可以均勻受力，對于低溫天氣有較好的抵抗力，同時具有較強(qiáng)的應(yīng)對外界凍脹破壞的機(jī)能。比如：在防滲工程中，U型渠道的應(yīng)用是較為普遍的，有很強(qiáng)的防凍脹能力，在遭遇冷空氣襲擊的時候，渠道整體都會向上揚(yáng)起，在天氣轉(zhuǎn)暖之后，凍脹部位即可恢復(fù)原形，相較于梯形渠道來說，它就不那么容易遭遇凍脹破壞了。

2.3 選用科學(xué)的襯砌機(jī)構(gòu)模式

在防滲渠道建設(shè)中，對于冬天渠道內(nèi)部的防凍害處理，其工程人員應(yīng)具體做到在處理渠道內(nèi)部防滲排水難題的同時，盡量降低渠道流水水位，從而進(jìn)一步降低基土含水容量。對此，工程人員應(yīng)做到：第一，在防滲工程施工中，施工人員應(yīng)在襯砌底部鋪滿土工膜材料，阻隔由于管道滲水或者是降雨給渠道帶來的水源供給，從而降低渠道水位，緩解渠道腫脹情況的破壞力。與此同時，土工膜材料的采用能較好地阻隔較低氣溫，防范地下水的遷移活動，降低渠道腫脹程度。第二，在渠道襯砌底部鋪上一系列保溫材料，例如：爐渣、玻璃纖維以及聚苯乙烯泡沫板等，從而為渠道中渠床進(jìn)行保溫，幫助它更好地抵制冷空氣的影響，使其有效緩解渠道腫脹。比如聚苯乙烯泡沫板的渠道防凍害處理已被廣泛運(yùn)用于渠道防滲建設(shè)中，它能緩解冷空氣對渠道的凍害，對處理凍脹具有非常好的效果。為此，有關(guān)專家依據(jù)聚苯乙烯泡沫板的實(shí)用情況做出實(shí)驗對比，結(jié)果表明聚苯乙烯泡沫板厚度每增加1cm，可減少1/10左右的凍脹深度。第三，采用化學(xué)材料治理防滲工程的凍脹危害，具體而言就是將氯化鈣、氯化鎂等融入渠道基底建設(shè)中，從而降低渠道水的凝聚點(diǎn)，增加基土的含水量，使得渠道在發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象的時候，不會過多地造成水分轉(zhuǎn)移，能更好地幫助防滲工程建設(shè)緩解凍脹狀況。第四，更換材料，將渠道襯砌板底部的凍脹性土替換成為能有效防止凍脹事故發(fā)生的非凍脹性材質(zhì)，在出現(xiàn)凍脹情況較為嚴(yán)重的地方，一般可以在渠道底部鋪設(shè)砂礫石墊層。第五，在凍土區(qū)渠道防滲工程建設(shè)中，工程人員應(yīng)做到運(yùn)用碾壓機(jī)械壓制的土質(zhì)材料，增進(jìn)渠床材質(zhì)密度，在縮減土質(zhì)間隙的基礎(chǔ)上，抵制水體進(jìn)入土質(zhì)層。事實(shí)上，土質(zhì)很難產(chǎn)生凍脹破壞，由于襯砌板自身質(zhì)量相對較輕，因此在實(shí)施防凍害措施的時候，其壓制最好能夠達(dá)到99%，使干密度高于1.60。第六，增進(jìn)防凍脹管理舉措。在防凍脹施工中，除了工程設(shè)計以及工程施工以外，加強(qiáng)工程管理機(jī)制也是極其關(guān)鍵的，尤其是渠道的運(yùn)作管理。就寒冷氣候下進(jìn)行水循環(huán)的渠道而言，工程人員應(yīng)切掉水源流動，盡可能降低土質(zhì)中的含水容量。簡而言之，應(yīng)積極關(guān)注水體中存在的結(jié)冰或者是排冰的情況，及時規(guī)避凍脹對于渠道的損害。同時不定時地改變渠道水流運(yùn)作方向，造就新的渠道流動模式，從而更好地處理防滲工程中的凍脹危害。

3 結(jié)語

在我國,凍土地區(qū)和季節(jié)性凍土地區(qū)占國土總面積的3/5,渠道混凝土襯砌工程普遍存在著嚴(yán)重的凍害問題。而導(dǎo)致渠道凍脹破壞的原因有很多，所以必須在設(shè)計、施工、管理各方面下功夫。在實(shí)際選擇防凍措施的時候，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁?、地下水位、土質(zhì)、多年平均凍深等情況，合理地選擇防凍脹措施，這樣不但可以增加它的可行性，同時也可以減少投資，達(dá)到最佳的效果。具體而言工程人員應(yīng)不斷創(chuàng)新，從新方法、新工藝、新材料上做出突破，創(chuàng)造出更具操作性，更加實(shí)用的防凍脹措施，真正地從根本上解決渠道襯砌工程的凍害防治問題。

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