新疆某灌区渠道冻胀破坏分析及防治措施

【摘要】本文根据新疆某灌区的渠道冻胀问题进行系统的分析，找出渠道冻胀破坏的诱因和导致病害的具体原因，并探讨利用聚苯乙烯合成的泡沫板进行一定防冻胀保护，以期起到借鉴和参考作用。

【关键词】渠道；冻胀破坏；防治措施；聚苯乙烯泡沫板

1、工程概况

新疆某灌区灌溉面积134.42万亩。该灌溉渠道历经几十年，渠道的内部结构以及渠道建筑物都出现了冻胀破坏的现象，致使灌区不能正常的运作。

基础数据如下：渠口宽2.11m，渠深0.69m，边坡系数1.25，沙砾石垫层厚度0.4～0.7m。

2、渠道冻胀破坏原因分析

造成渠道冻胀破坏的三个主要诱因：（1）稳定持续的负温环境；（2）有充足的水分补给通道，容纳自由水和毛细水的存在；（3）土壤内的颗粒成分、矿物成分等物理力学特性需要符合冻土特性。由于我们分析的这片灌区以上三条都存在，且地下水位较浅，所以中下游的渠道东冻胀破坏非常的严重，外界的自然环境造成冻胀现象的基数也就随之增大。渠道层多次发生大水漫溉，土质中又有十分充足的自由水与毛细水补给，各方面因素同时作用，直接导致了冬季持续低温的时候土体的膨胀，造成渠道的冻胀破坏。

3、渠道冻胀破坏防治

3.1 次断面换填

该方法是指使用砂砾、石料等不具备冻胀特性的土料将边坡衬砌板下的具有冻胀特性的土料替换，渠底的土料并不用进行替换，替换的土料厚度必须在现场最大冻土层厚度的三分之二以上。经过土料的替换，渠道边坡衬砌板下方负温区域内的土层虽依然会出现冻结，但并未发生膨胀变形，如此一来水位线上不的边坡衬砌板也就不不会出现冻胀破坏现象了。

3.2 边坡隔热保温

该方法是指铺设衬砌板前在其下方预设保温层，保温层起到隔热保温的作用，从而确保渠道边坡在冬季时衬砌板下部不会出现正负温度区域隔层，从而杜绝发生冻胀破坏现象的可能。而关于所选用的隔热保温层材料及保温层厚度则需根据实际情况进行计算设计来得出。

（1）隔热保温层材料的选择

铺设在边坡衬砌板下方的隔热保温层在实际使用中会长期处于极度潮湿乃至完全充水的环境中。有鉴于此，在隔热保温材料的选择上首先必须确保所选擇的隔热材料即有着极低的导热性能，同时还应具备良好的隔水性能，绝对不会吸收湿气。再者，鉴于施工环境及地质条件的不确定性，所选择的隔热保温材料还应具备良好的柔性与弹性，从而方便施工的顺利进行，以及避免隔热层下部的含水土层发生部分冻结后对保温层造成破坏，进而影响衬砌板。基于这些需求，最后选定的隔热保温材料为苯乙烯泡沫塑料板，即俗称的苯板。这种材料不仅导热性差、容重小、不吸水、具有良好的弹性与柔性而且其加工极为便捷，可以依据工程需求直接生产不同厚度与不同规格的苯板，此外苯板的生产成本也相对较低，可以说当前情况下最为理想的隔热保温层选材。

（2）隔热保温层厚度计算

隔热保温层计算原理为：在完全相同的土质、含水率、补水条件以及负温等环境条件下，隔热保温层所发挥的作用等同于施工地最大冻土层所能发挥的作用，即两者均可使其下部的土层不发生冻结现象。保温层厚度的计算就以此为依据，通过相同的热阻可转换求得隔热保温层的等效厚度，具体计算如下所示：

施工地最大冻土层对应热阻

②隔热保温层热阻

当两式相等，即HKz+Rw=DKi+Rcw时，隔热保温层刚好起到与最大冻土层相同的保温效果。而依据设计要求，隔热保温层保温效果应优于最大冻土层实际效果，即隔热保温层厚度为：

鉴于渠道边坡表层均铺设有衬砌板，也就是说冻土层与隔热保温层的表层散热阻均为0，所示公式（3）可进一步简化为下式：式中最大冻土层厚度即可依据当地气象资料选取 。

4、结论

在本灌区中，通过该渠道的抗冻胀破坏防治中，在对灌区支渠的冻胀防治中应用上述两种方法，并有效结合运用，其冻胀灾害获得了良好的治理，在后续使用中，未再出现渠道边坡衬砌板冻胀破坏现象。

参考文献：

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作者简介：李锐，男，（1984.11—），新疆阜康人，毕业于新疆农业大学，本科，工程师，主要从事农业水利工程。