冻土区渠道防渗工程冻胀的防治措施

□任 浩（塔里木河流域巴音郭楞管理局）

冻土区渠道防渗工程冻胀的防治措施

□任 浩（塔里木河流域巴音郭楞管理局）

在工程建设中，就冻土区渠道防渗工程冻胀防治举措而言，工程人员可以依据不同的地理水文特征，通过对不同气温环境下冻胀程度进行合理分析，系统地采取回避冻胀、消减冻胀两大体系处理防渗工程中的冻胀问题，运用切合实际的冻胀防治方案，在一定程度上增进我国渠道工程进度。

冻土区；防渗工程；工程冻疮；防治措施

0 前言

就我国部分地理区域而言，每年冬季的平均气温都会达到0℃以下，造成渠道防渗工程出现冻胀现象，从而在一定程度上延缓了工程进度。最近几年，渠道防渗工程的冻胀事故逐渐得到了各地工程人员的重视，文章将就渠道中的冻胀防治进行系统论述，有针对性地采用有效应对机制，在维系工程发展的同时，延续渠道工程的使用寿命。

1 渠道衬砌体的冻胀破坏分析

因为土质在低气温的影响下，常常会发生冻结或者是冻胀事故，而渠道衬砌体的原有质量相对较轻，难以抵御冷空气的冻胀破坏，因此工程人员经常会遇到渠道衬砌体发生的冻胀事故。尤其是在具有季节性冻胀周期的地方，因会出现循环往复的冻胀情况，使渠道衬砌体冻胀情况得到了进一步加深。

1.1 混凝土的浇筑或者预制混凝土衬砌

预制混凝土衬砌是以一种具有刚性的衬器材质制作的，通常是6～7m的厚薄板块，具有极强的抗压能力。然而由于它面对冻胀破坏时，抗拉强度相对较低，因此很容易遭受破坏。

1.2 渠道截面衬砌的上扬

渠道衬砌体中，当渠道横截面较为窄小的时候，其基土的冻胀情况基本是均匀分布，当整体的衬砌有较大的刚硬度时，在侧面冻胀力以及基地冻胀力的共同作用，其整体的衬砌会向上扬起。例如：对于横截面较为狭窄的U型混凝土渠道或者是渠道坡度较为短小的坡型渠道来说，在冷空气的破坏下，会造成衬砌的上扬，当渠道衬砌向上抬起以后，在渠道内部水流的影响下，经常会发生坍塌、错位的情况。

1.3 鼓胀和裂缝

在冻土区渠道防渗工程冻胀破坏中，冻胀出现裂缝的具体原因是渠道中存在不均匀的水温分布，在衬砌体间所产生的冻结力的共同作用下产生了冻胀。通常情况下，冻胀裂缝一般会沿着渠道水流方向大范围地呈现在混凝土现浇板块上，裂缝的位置具体是在渠道底部以及板块角落中1/3处的地方。当冬季渠道水流流动或者出现积水情况时，裂缝即会出现在流水周围的渠坡表面。当混凝土砌块长期处于低温状态的时候，它会因为无法适应温度变化而产生形变，在板块间产生横向或者是纵向的开裂情况。时间久了，其板块的肿胀会逐渐成为砌块的肿胀。使渠道出现渗水、漏水问题，增加基土的含水容量，加大了基土的冻胀，使得渠道中的裂缝日渐扩张，破坏面积越来越大。

1.4 渠道混凝土衬砌体的架空

在寒冷的冬天，渠道在进行水流运行时，在水面上方1m左右的渠道坡口处，通常会出现混凝土衬砌突起架空的情况。就某市调查显示，依据实际情况对渠道衬砌破坏原因进行核查，砌体的架空大体上是因为地基板面的冻胀引发，而冰盖的压力则是次要原因，它只能说是在原有冻胀破坏下加重了对管道的损坏。针对于地下水处于较高位置的渠道端口而言，它的渠道坡脚通常处于渠道底部，造成渠道管道拱起。

1.5 坍塌移位

在渠道混凝土衬砌体遭遇冻胀破坏时，渠道底部的基土也会出现严重的冻胀情况。具体而言，即渠道内部坡脚地方的混凝土板块会立即隆起，逐步向顶部拱起，造成不同板块间的搭架、错位移动的现象。在渠道内部水流不断冲洗的过程中，将混凝土板块腐蚀、融解，使其向下凹陷。同时，由于渠道空间的上层部分遭遇伏冻土的阻止与隔绝，从而在一定程度上降低了混凝土板块与基土间的摩擦力，使混凝土板块不断向下滑动，在渠道底部的堆积，使得衬砌整体遭遇损害。

2 防渗工程冻胀破坏的有效防治措施

就如何防治防渗工程中的衬砌肿胀冻害而言，系统地说，就是参与渠道整体规划，在完善渠床运作时，优化渠道的排水机制，整合砌墙模式，运用高质量的工程材料，加强渠道的冻胀管理。总的来说即详细考察防渗工程中的冻胀破坏，采取最具操作性的冻害处理模式。

2.1 规避造成渠道冻胀的影响因素

在渠道防渗工程规划设计中，工程人员应尽量避免会造成渠道冻胀的影响。例如，应切实规避容易出现较大范围渠道冻胀情况的自然环境，针对渠道冻胀常发区域，有效规避渠道冻胀中有可能出现对于衬砌工程造成影响的因素。对此，工程人员可以将渠道埋入地下通道、在地底自制渠槽或者是将渠道架空等手段进行防渗工程的冻胀破坏处理。

2.2 缓解防渗工程中的冻胀情况

就防渗渠道的建设而言，通常是采用弧形底梯形断面以及U型断面的模式，运作这种截面方式，更加有利于管道靠近渠道水源，有效地防止渠道冻胀情况的发生。就其建造理论分析得出，渠道底部具有相对较好的反拱能力，可以均匀受力，对于低温天气有较好的抵抗力，同时具有较强的应对外界冻胀破坏的机能。比如：在防渗工程中，U型渠道的应用是较为普遍的，有很强的防冻胀能力，在遭遇冷空气袭击的时候，渠道整体都会向上扬起，在天气转暖之后，冻胀部位即可恢复原形，相较于梯形渠道来说，它就不那么容易遭遇冻胀破坏了。

2.3 选用科学的衬砌机构模式

在防渗渠道建设中，对于冬天渠道内部的防冻害处理，其工程人员应具体做到在处理渠道内部防渗排水难题的同时，尽量降低渠道流水水位，从而进一步降低基土含水容量。对此，工程人员应做到：第一，在防渗工程施工中，施工人员应在衬砌底部铺满土工膜材料，阻隔由于管道渗水或者是降雨给渠道带来的水源供给，从而降低渠道水位，缓解渠道肿胀情况的破坏力。与此同时，土工膜材料的采用能较好地阻隔较低气温，防范地下水的迁移活动，降低渠道肿胀程度。第二，在渠道衬砌底部铺上一系列保温材料，例如：炉渣、玻璃纤维以及聚苯乙烯泡沫板等，从而为渠道中渠床进行保温，帮助它更好地抵制冷空气的影响，使其有效缓解渠道肿胀。比如聚苯乙烯泡沫板的渠道防冻害处理已被广泛运用于渠道防渗建设中，它能缓解冷空气对渠道的冻害，对处理冻胀具有非常好的效果。为此，有关专家依据聚苯乙烯泡沫板的实用情况做出实验对比，结果表明聚苯乙烯泡沫板厚度每增加1cm，可减少1/10左右的冻胀深度。第三，采用化学材料治理防渗工程的冻胀危害，具体而言就是将氯化钙、氯化镁等融入渠道基底建设中，从而降低渠道水的凝聚点，增加基土的含水量，使得渠道在发生冻结现象的时候，不会过多地造成水分转移，能更好地帮助防渗工程建设缓解冻胀状况。第四，更换材料，将渠道衬砌板底部的冻胀性土替换成为能有效防止冻胀事故发生的非冻胀性材质，在出现冻胀情况较为严重的地方，一般可以在渠道底部铺设砂砾石垫层。第五，在冻土区渠道防渗工程建设中，工程人员应做到运用碾压机械压制的土质材料，增进渠床材质密度，在缩减土质间隙的基础上，抵制水体进入土质层。事实上，土质很难产生冻胀破坏，由于衬砌板自身质量相对较轻，因此在实施防冻害措施的时候，其压制最好能够达到99%，使干密度高于1.60。第六，增进防冻胀管理举措。在防冻胀施工中，除了工程设计以及工程施工以外，加强工程管理机制也是极其关键的，尤其是渠道的运作管理。就寒冷气候下进行水循环的渠道而言，工程人员应切掉水源流动，尽可能降低土质中的含水容量。简而言之，应积极关注水体中存在的结冰或者是排冰的情况，及时规避冻胀对于渠道的损害。同时不定时地改变渠道水流运作方向，造就新的渠道流动模式，从而更好地处理防渗工程中的冻胀危害。

3 结语

在我国,冻土地区和季节性冻土地区占国土总面积的3/5,渠道混凝土衬砌工程普遍存在着严重的冻害问题。而导致渠道冻胀破坏的原因有很多，所以必须在设计、施工、管理各方面下功夫。在实际选择防冻措施的时候，应根据当地气温、地下水位、土质、多年平均冻深等情况，合理地选择防冻胀措施，这样不但可以增加它的可行性，同时也可以减少投资，达到最佳的效果。具体而言工程人员应不断创新，从新方法、新工艺、新材料上做出突破，创造出更具操作性，更加实用的防冻胀措施，真正地从根本上解决渠道衬砌工程的冻害防治问题。

[1]高英利.寒冷地区渠道防渗工程冻胀破坏及其防治措施[J].水利建设与管理,2013(3).

[2]张鹏.巴州地区渠道防渗工程冻胀的防治措施[J].中国水运,2013(4).

[3]沙塔尔阿不来克热木.渠道防渗工程中出现的技术问题及措施[J].中国科技博览,2011(35).

[4]张艳.混凝土防渗工程中出现的技术问题及处理办法[J].中国科技博览,2010(12).

TV698.26

B

1673-8853(2014)06-0005-02

2014-02-20

赵 鑫）