浅析渠道冻胀处理方式

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1概述 　　甘肃民乐县中部，气候属寒冷地区。其境内的焉者盆地一年中最冷月１月份的平均气温为-10℃——-15℃，由于气候寒冷，兴建的防渗渠道极易受到冻胀的的破坏。预制砼板护面防渗渠和现浇砼板护面防渗渠最易受到冻胀的破坏，浆砌石护面防渗渠和干砌石护面防不渗渠次之。无论是十几个流量的干支渠道，还是小于1个流量的斗农渠道，都会受到冻胀的危害。有些冻胀危害发生在建成后运行初期的1～2年内，而有些却发生在工程建成末运行之时。因此，进一步研究渠道冻胀破坏的机理，采取有效的措施预防它，对保证各级防渗渠道的正常运行，减少维修养护的费用意义重大。 　　2、渠道冻胀机理 　　渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土受冻体积膨胀必须具备以下条件： 　　⑴寒冷气候区持续的负温条件； 　　⑵土壤中自由水和毛细水的存在，并且有通畅的水分补给通道； 　　⑶土壤本身的物理力学性质，包括土的颗粒组成，矿物质成份等。 　　在以上三个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的的先决条件，也是必备条件。在整个浆胀破坏过程中，水是最活跃的因素。 　　从目前受冻胀破坏的渠道来看，基本上位于灌区内，且处于灌区中、下游的居多。这是因为在灌区中下游地区，地下水埋深浅，土壤颗粒细，土体中自由水和毛细水的补给十分充足。一旦气温下降至零度以下，土体中的自由水和毛细水的体积受冻膨胀，引起土体膨胀，顶托衬砌，破坏渠道。 　　在河区下部，冻胀破坏不但发生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，毛细水的冻胀性也不容忽视。 　　综上所述，冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题，由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致，大多发生在灌区的中下部。 　　3、渠道防冻胀处理形式及比较 　　3.1渠道防冻胀处理形式 　　渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式来实现，即用“Ｕ”形或矩形断面来代替梯形断面。但这种处理形式只适用于小渠道，流量小于1m3/s的渠道。对于大渠道来说，若采用这种处理方式，难免造成造价和施工难度的加大，加大的幅度还较大。 　　从上述导致土体冻胀的的三个基本因素中，只有三个因素同时具备，才发生冻胀破坏。只要消除其中一个因素，就能防止和减轻冻胀危害。从目前的气候条件来看，外部温度不达负温是不可能的，因此只有采取保温措施达到内部不负温。切断冻土地基在冻结前、后的水分补给是过去防冻胀处理常用的法，此外改变渠基土体的基本结构也是保证土体非冻胀性的一种方法。 　　要切断冻土地基在冻结前后的水分补给，通常是采用高填或排水措施来减少水分的补给。但是由于土体颗粒及物理力学性质的决定，毛细水的作用不可忽视。毛细水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同样会对渠产生冻胀破坏。因此，对于细颗粒土体，要完全切断水分的补给是不现实的，毛细水的冻胀破坏不容忽视。 　　改变基土的基本结构的办法是进行渠基土的换填，就是用大颗粒的土体填入渠基，将原来的细颗粒土体挖走。这种换填工程量较大，换填厚度一般要大于等于冻土深度。如果在冻土深小的地区使用尚可，若在冻土深较大的地区使用，往往工程量是巨大的。 　　从目前情况看，任何工程要根本回避和解决冻胀三因素之一，从考虑经济和投资省的情况下，都是非常困难和把握不住的。因此在实际工作中，往往将几种工程措施结合起来使用。即以回避一种因素为主，辅之以回避另一种因素的综合措施进行防冻胀处理。如在汇要两面三刀侧开挖排水沟降供销水分补给的同时，对基土进行一定厚度的换填。用砂或戈壁层加塑膜进行保温，以减少冻胀破坏。 　　近来随着新型建筑材料的问世，苯板越来越多地应用于渠道的防冻胀处理。苯板防冻胀的主要机理是它具有保温的功效，保证了渠基土不受负温的影响，同上述砂或戈壁层加塑膜保温的原理是一样的。根据现有对苯板的搞冻试验资料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁层的保温效果。远大于相当于5～10cm厚戈壁、砂的塑膜的保温效果。 　　3.2渠道防冻胀处理形式比较 　　在高地下水位区，即使采取了断绝土壤中水分补给的措施，仍难以保证阻止毛细水的上升，因此还必须采取其它防冻胀处理形式。 　　对渠基土进行换填是一种防冻胀的处理形式，它即改变了渠基土的结构，又具有一定的保温作用。它的优点是：①当渠道附近有大量换填材料时，造价可能便宜；②由于对渠基进行了彻底换填，当质量达到要求时，可保证渠道永久不受冻胀危害。同时也具有以下缺点：①由于换填厚度大，土方工程量较大，当换填材料运距较远时，造价较高；②施工难度大，清除了渠基原土，换填后的砂、戈壁难以进行夯实，要达到施工规范要求，难度较大；③换填料的质量难以把握，要求回填含土量小于5%的料。采用天然材料，很难寻找料源。若采用人工加工料，则不经济。 　　若不采用基土回填，只铺设苯板保温，防止渠基土冻胀也是近年来渐渐采用的一种防冻胀处理形式。它只有保温作用，不对基土进行回填。具有以下优点：①抗冻效果好，采用10cm的苯板即达到了换填100cm砂或戈壁的保温效果；②施工方便，渠道开挖断在小。不对基土进行拢动，直接将苯板置于基土上，在苯板上直接进行衬砌材料的施工；③在一定条件下造价便宜，使用的施工机械少，人工省。采用苯板，不进行基土换填，避免了大量土石方机械的使用。当基土换填材料运距大于一定距离时，其造价低的优势立即显现。苯板防 　　冻胀材料的缺点是：在一定条件下，同换填相比，造价较高。当基土换填材料运距小于一定距离时，其造价明显高于换填处理。 　　　　4、结语 　　对渠道防冻胀处理方式的选择，关系到渠道的造价和施工的难易，必须慎之又慎。苯板作为一种新型的渠道防冻胀处理方式，具有其独特的优点。现阶段巴州对苯板的运用还刚开始，一切还处于试验摸索阶段。虽然已有成功的运用例子，但需在今后的渠道设计与施工中不断地总结 经验，进一步完善苯板的防冻理论和实际运用经验，为这一新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。