农田灌溉渠道防冻胀施工设计方案比选分析

韩 伟

（邹平县韩店镇政府，山东滨州 256209）

农田灌溉渠道防冻胀施工设计方案比选分析

韩 伟

（邹平县韩店镇政府，山东滨州 256209）

文章以某灌区农田干渠为实例，在分析渠道冻胀灾害成因的基础上，结合工程施工实际需求，通过方案比选，选取最优施工设计方案。实际应用表明所选方案，在实现经济成本优化的同时取得良好防冻胀效果，该渠道未再发生冻胀损坏现象，有效保障了农业灌溉效率。

灌溉渠道 冻胀破坏 成因分析 施工设计

1 工程概况

某地区农田灌溉以渠道输水为主，但受当时建设条件的限制以及后期缺乏有效管理维护的原因，渠道发生严重的冻胀破坏，渠道输水有效性遭到很大程度的影响。干渠工程包括明渠56.62 km、一号隧洞1.78 km，伴行路56 km、渠道护坡、纵横排水等。明渠为弧底梯形断面，底宽4 m，渠深5.7～5.9 m，纵坡为1/8 000，边坡系数为1∶2，隧洞为马蹄形，直径为6 m，主要承担冬季发电引水与周边灌区供水任务。由于地处冬季较为寒冷，渠道冬季运行时会出现流冰、岸冰等不同程度的冰凌灾害，降低渠道输冰过水能力，严重的甚至导致断流、漫堤等情况，对于渠道正常功能的有效发挥造成严重影响。

2 渠道防冻胀施工设计

2.1 设计冻深

依据某干渠理念地质勘探报告显示，渠道最大冻深为0.65 m，依照《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006），渠系工程设计冻深计算公式如下（1）所示。

式中：dZ—渠道设计冻深，m； fϕ—冻深年际变化频率模比系数；dψ—渠道日照及遮阴程度修正系数； wψ —地下水影响系数；kZ—渠道理念最大冻深，m。经计算，渠道各支部设计冻深如表1所示。

2.2 现状冻胀量

依照对《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006）附录C中粉质粘性土层地表冻胀量查图可知，某干渠边坡地表冻胀量为75 mm，底部地表冻胀量为70 mm，依照冻胀性划分标准，边坡及渠底属于Ⅲ级。

2.3 渠道抗冻胀方案比选

针对渠道冻胀土基可通过基土保温或基土换填的方法进行处理，故对2种方案进行比选：方案1为基土保温法，选用苯板铺设保温防冻层；方案2为基土换填法，选用沙砾料作为原材料，沙砾料在灌区内广泛分布且储量较大，可很好满足施工需求。

2.3.1 方案1：基土保温法

基土保温法是通过消除渠道冻胀中的温度因素来实现对冻胀灾害的有效预防，其常用材料为苯板（聚乙烯泡沫板）。依据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006），铺设厚度为铺设渠段设计冻深的10%～15%，即6～11 mm。在充分结合工程实际地质的基础上，参照土质、冻结指数等性能指标最终确定渠段铺设聚乙烯泡沫板厚度为6 cm。通过市场调研当地市场苯板规范分为15 kg/m3（250元）和18 kg/m3（280元）2种，该工程依据设计需要最终选择规格为18 kg/m3的苯板。

2.3.2 方案2：基土换填法

基土换填深度计算公式如（2）。

表1 莫乎尔灌区某干渠各支部设计冻深 m

表2 防冻胀施工设计方案经济对比

2.3.3 方案比选

从施工、投资及建材应用等方面对2种方案进行比选。方案1施工工艺相对简单，换填所用沙砾料在灌区内广泛分布且储量较大，取材方便，工程投资成本较低，但工程土方换填量较大，施工周期较长。方案2土方填挖量小，施工周期短，但施工工艺相对复杂，投资成本较高。表2为两方案经济对比表，由表对比可知，方案2施工成本比方案1高 6.5万元/km。因此，综合考虑施工成本和施工进度需求（进度需求较低）最终选择方案1作为渠道防冻胀施工设计方案。

2.4 施工后基土冻胀量评估

基土冻胀量评估公式如（3）所示。

经计算基础下渠道边坡与渠底基土冻胀量分别为3.65 mm和3.85 mm，两者均符合设计规范要求，表明某干渠防冻胀施工取得良好效果。

3 结语

渠道输水效率对农业灌溉有着重要的影响，尤其对于以明渠为主要输水方式的农业灌溉区。针对某灌区干渠防冻胀施工改造，对比分析2种不同施工设计方案，在综合考虑施工实际需求与施工成本优化的原则上，选取最优方案进行渠道防冻胀改造施工。改造工程完工以来，实际应用效果良好，渠道未再发生冻胀损坏现象，在最优化工程施工成本，提升了渠道水资源利用效果，极大地保障了该农田灌溉效率。

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