渠道防渗工程设计及冻害防治问题研究

2014-01-21谢伟

黑龙江水利科技 2014年6期

关键词：土质断面粒径

谢伟

(新疆汇通水利电力工程建设有限公司，乌鲁木齐830000)

渠道防渗工程设计及冻害防治问题研究

谢伟

(新疆汇通水利电力工程建设有限公司，乌鲁木齐830000)

由于全球淡水资源的危机在不断加剧，如何合理有效地利用水资源问题引起了世界各国的广泛关注，并且提出了很多应对措施。其中，渠道防渗是节约用水、实现节水型社会的重要内容，在我国的节水工程技术中也是使用最广泛的，它不仅可以减少灌溉用水的浪费，并且具有很大的节水潜力。在我国北方尤其是新疆等地的渠道防渗工程由于冻害原因而常发生滑塌等事故，为了避免冻害，我国在渠道防渗方面加强了研究，并采取了防止冻害的措施。

渠道防渗;冻害防治;措施;对策

1 渠道防渗工程的作用

我国是农业用水大国，其中农业灌溉所需要的用水量是最为庞大的，但在灌溉过程中，浪费现象非常突出，因此要采取有效的渠道防渗技术，降低渗漏所造成的损失，防治土地发生盐碱化和沼泽化现象，保证渠道的安全运行，节省土地的开发投资。

2 渠道防渗工程冻害考虑的因素

2.1 气候和地形条件

气候条件是渠道防渗工程设计和施工时要考虑的基本因素，它对防渗材料的耐久性和工程防冻设计有决定性作用［1］。而地形条件是渠道防渗工程造价的重要因素，在渠道防渗过程中，埋铺式膜料防渗渠道因流速小，多用于平坦地区;低压管道、混凝土和输水槽等防渗材质能快速的适应地形变化。

2.2 渠道地基的土质条件

渠道地基中的土质冻胀量大小决定着冻害的严重程度，这主要取决于土质所具有的冻胀敏感程度［2］。如果土质颗粒的粒径＜0.01～0.05 mm，渠道土质就会发生冻胀，如果土质颗粒的粒径在0.05～0.002 mm，其土质冻胀现象最为严重，而当土质颗粒粒径＜0.002 mm时，其冻胀现象会相对减弱。因此，根据土质颗粒粒径将土质成分又划分为冻胀性土和非冻胀性土。

2.3 渠道水分条件

从渠道防渗工程的特点来看，水分条件是决定其冻害强弱的重要因素。工程的防水性能是否合格、地表排水是否通畅、水渠之间渗漏是否严重等问题，都由渠道的渠床含水量大小所决定的［3］。在冬季，渠床的地下水位的高低与渠道停水时间、有无冬灌行水和衬砌的防渗优劣是有直接关系，比如输水渠道这样的水利工程，因为经常与水接触，在冬季负温条件下也要通过输水运用，因而，在土体冻结时，土的含水量就要大于起始含水量，否则会加剧冻胀和冻害现象［4］。如果地下水位较高，在冻结过程中，地下水因水分迁移不断补充冻结锋面，冻害就会更为严重。

2.4 渠道防渗材质

在很多渠道防渗工程中，所采用的防渗材料不适合，因冻害而发生问题。比如土料类防渗材料，因其耐冻性能差容易冻坏;在渠道防渗工程的防渗材料中混凝土是使用最广泛的，但因不能有效地适应冻胀的不均匀变形而极易产生冻胀破坏。在新疆很多渠道防渗工程中就采用这种混凝土材质，比如新疆兵团农三师的小海子灌区、英尔曼支干渠，48团、50团、53团干渠防渗工程设计中都采用这种混凝土作为防渗材料。这种混凝土是由具有吸水性能的水、石、砂和水泥等材料构成，在温度较低的条件下，体积就会不断发生膨胀，在多次冻胀之后，融化后循环的反复，最终导致混凝土发生冻融破坏，在渠道防渗工程中会造成鼓胀及裂缝、架空隆起、滑塌等事故。

3 以新疆为例，提出防治渠道防渗工程冻害的对策

3.1 根据断面形式采取相适应的措施

渠基土的冻胀是引起渠道防渗工程冻害的主要因素［5］。其中，防渗渠道的防渗材料和渠道断面形式对所允许的冻胀变形应采取与之相适应的防治措施，而不同的防渗材料和渠道断面形式对冻胀变形量是有标准的，见表1。

表1 防渗材料及渠道断面形式所允许冻胀变形标准

1)在U型槽衬砌结构中，因渠底为U型半圆形断面，铺设聚乙烯塑料薄膜作为保温层，整体性较好，可抵抗基土冻胀破坏能力，例如新疆石河子136团防渗支渠和新疆温宿县就是这种结构，这种方式达到设计目标，没有产生过冻胀破坏现象。

2)在梯形弧形底的断面结构中，因弧形底梯形断面采用膜衬砌结构，可以有效缓解在冻胀过程中对土质造成的约束力，例如新疆五家渠的猛进水库渠道防渗工程，它与猛进水库一起建造于1954年，土渠全长24 km。由于该渠道在冬天是不进行输水，故使用该结构为防止冻害，渠道使用十余年未出现冻胀破坏现象。

3)在弧形坡脚断面结构中，主要增设纵向性的伸缩缝，在渠道底板下使用砂砾石和聚乙烯塑膜，为了适应冻胀发生变形，这种结构在使用中不会出现大冻胀位移对渠道造成损害，例如新疆喀什叶城县的渠道防渗工程以及阿克苏的沙井子灌区等渠道防渗工程中都采取这种模式，效果也非常好。

4)在梯形断面结构中，以库尔勒的白鹭河西尼尔水库为例。在渠道防渗工程中，渠体采用塑料布防渗，预制混凝土六棱砖铺面的结构形式，在防治冻害方面也取得很好的效果。

3.2 选用合适的渠道防渗材料

由于混凝土的变形能力相比粗颗粒土如粗砂、砾石等就显得较弱，而粗砂、砾石等材质的冻胀值较小，其变形能力也就相对较大，满足了在渠道设计中冻胀的不均匀变形，有效地防止了冻害现象的发生。所以，粒径较大的风积沙和戈壁沙就被大量使用到新疆很多地区的渠道防渗工程中，比如新疆昌吉等地在渠道防渗工程中采用第四纪砂作为防渗防冻材料。