渠道防渗工程设计及冻害防治问题研究

王娇

【摘要】随着全球淡水资源危机的加剧，渠道防渗是我国目前使用最广泛的节水工程措施，在解决水资源的对策中，更重要的是节约用水，提高水的利用率，采用渠道防渗技术能够极大地减少农业灌溉用水的浪费。在渠道防冻胀技术措施方面，要根据当地的实际情况，加强冻害防治措施。

【關键词】渠道防渗；设计；冻害防治

一、渠道防渗工程设计

防渗渠道设计应收集了解的基本资料，取得有关水文气象、地质和地形资料，按有关规程、规范进行必要的地质勘测，应取得灌区地形图、渠形平面布置和渠道纵横断面图以及建筑材料和施工条件资料。

渠道防渗设计应考虑因素和遵循原则。防渗工程设计和施工中首先要考虑的基本要素之一就是气候条件，而地形条件往往是决定渠道防渗工程造价，基土的渗透性决定防渗措施，应尽量考虑土渠开挖土方的应用问题。耐久性即我们通常说的使用年限对计算工程的经济效益有极大影响，所以必须慎重考虑。要因地制宜、就地取材的原则进行防渗措施的选取，充分利用劳动力加强管理养护，并尽量选取标准较高的防渗方案。

我国渠道防渗工程规划设计遵循的原则一般表现为设计时，遵照相关规范、规程的规定，遵照有关规范进行勘测和调查，贯彻因地制宜、就地采材，结合拟建渠道当地的地形，认真进行设计。使设计方案技术先进、经济合理，满足灌区总体布置的要求，并经久耐用、运用安全、管理方便。

渠道防渗设计的一般规定应从灌区的水土平衡、以水资源的可持续利用出发，特别注意地基稳定问题，同时要结合当地实践经验，以提高渠道或渠系水利用系数为目标，使工程规划设计切合实际，经济合理。渠道的渗漏损失流量应按相关规定计算，断面尺寸应严格按照相关公式进行水力计算确定，渠道防渗结构应设置伸缩缝。为了提高渠道衬砌的抗冻能力，设计规划时，渠基尽量选用粗砂、砾石等粗颗粒土，防止产生裂缝、隆起架空，减小不均匀冻胀变形。

二、渠道防渗工程冻害考虑的因素

（一）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。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。

（二）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。如果土质颗粒的粒径<0.01～0.05mm，渠道土质就会发生冻胀，如果土质颗粒的粒径在0.05～0.002mm，其土质冻胀现象最为严重，而当土质颗粒粒径<0.002mm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。

（三）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。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，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。

（四）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。

三、渠道防渗的冻害防治措施

（一）合理选择渠道线形

在对渠道进行选线时，应该重点关注冻害问题。渠道选线时应该尽量避开黏土、粉质土、淤积土等地带，另外，还要尽量避开沼泽及地下水位较高的地段。尽量选择透水性较好、地下水位埋深较深，且不易产生冻胀破坏，地形较高的脊梁地段。

（二）选择有效的渠道结构

在结构方面尽量考虑抗冻性能高的形式。通常采用的是U型或弧形渠底的梯形断面渠道形式。这样有利于提升渠道的抗冻能力。U型渠道的主要形式应以整体上抬为主，以提升渠道的冻胀变形均匀性；弧形渠底的抗胀能力较强，在冻胀的作用下，冻胀变形较为均匀，比较适合在寒冷地区的渠道防渗工程中应用。U型渠主要采取的是预制混凝土板拼接形式。在实际施工时往往容易受到预制尺寸的限制，因此，这种渠道形式通常都应用于流量较小的支渠或支渠以下渠道中。弧形底的梯形断面渠道则不会受到这些因素的限制，因此，经常会在干渠或支渠中应用。

（三）换置冻胀土

在混凝土板下铺设一定厚度的垫层可起到抗冻作用。常用的垫层材料有砂砾石、中粗砂等。施工时需要在冻结深度以内，将衬砌板下的冻胀土换成非冻胀材料。垫层不仅具有一定的抗冻胀能力，而且还可以阻止地下水的上升，减少水分的转移聚流，也可使渗漏到垫层中的水及时排出去。

（四）设置砂砾石垫层

渠道垫层必须具备非冻胀性、渗透稳定性这些性质， 对于垫层的性质和要求最终体现为选用合理的砂砾石垫层料的级配。垫层料自身应有足够的抗渗强度， 其抗渗比降应能满足所承受工作水头作用下渗透稳定性的要求， 对于填方渠道， 渗流将使垫层承受较高的比降， 为此， 要求垫层必须具有一定的抗渗强度。在砂砾石垫层料用料的质量方面也提出了更高的要求，可以用经过加工的开采石料， 也可用天然砂砾石料， 或者由两者混合掺配得到。

（五）防渗

当土中的含水量大于起开始冻胀含水量，才明显地区现冻胀现象，因此，防止渠水和渠堤上的地表水入渗、隔断水分对冻层的补给，是防止地基土冻胀的根本措施。

（1）防止渠水渗漏。这不仅是防冻害的措施，而且是进行渠道补砌的主要目的。保证施工质量，达到设计标准的关键是防止补砌体的伸缩缝或结构缝漏水。

（2）为防止渠堤上的地面径流入渗，需作好沿渠的防洪、排水工程（如截、排水沟，纳水口等），另外，渠坡补砌体顶部应做好封顶，以防来水浸入板后。

（3）隔断水分对冻结层的补给。采用塑料薄膜、油毡、人造橡胶膜等膜料，设置隔水层，隔断渠道渗水、大气降水和地下水等对冻结层的补给，使渠基土的显度低于起开始冻胀含水量，从而削除冻胀。

（六）做好运行管理

防渗渠道在冬季不运行时，应该在气温降到0℃以下之前停水。如果渠道需要在冬季运行，那么在负温期间不能间断运行，同时还要保证运行期的水位；对渠道的衬砌体进行及时的检查与维护，保证砌块缝间的填料完整性，衬砌体封顶的完好性，避免水渗入到衬砌背后；渠道运动期间，还要对各种排水措施进行及时的检查与维修，以保证排水的畅通。在冬季不运行时，应该在停水以后及时清除渠内杂物，渠道内不能存在积水及杂物；渠道的外侧最好种植一些根系发达的，可以改善渠床土基状态的植物，这样对渠道的冻害防治非常有利。

结语

由于渠道防渗工程技术涉及的面比较广，技术也很复杂，所以，应将提高渠道防渗、抗冻害问题作为重点，加大渠道防渗工程技术的研究力度。

参考文献

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