浅析石堡川灌区衬砌渠道的冻胀破坏的原因分析及对策

刘定民

【摘要】石堡川灌区衬砌渠道因受地域限制，温差大，冻胀破坏为渠道破坏的主要原因。因此，我们高度重视，分析冻胀破坏原因，制定对策，以提高渠道的完好率，保证渠道正常運行。

【关键词】衬砌渠道；冻胀；原因分析；措施

1 前言

石堡川灌区由于地形原因，温度差异较大，最热月极端最高温度为36.9℃，最冷月极端最低温度为-25.1℃，由于温差过大，热胀冷缩是渠道毁坏的主要原因之一。石堡川灌区设干渠一条，长度为48.5km，渠道型式为砌石和混凝土现浇梯形衬砌。设支渠和分支渠13条，全长263km，渠道型式为梯形衬砌板衬砌、弧底梯形混凝土现浇衬砌和U型混凝土现浇衬砌，部分未衬砌渠段为土渠。石堡川灌区随着涉农项目投入的不断加大，灌区实施了世界银行贷款项目和续建配套节水改造项目，渠道衬砌率已达70%以上。但是，由于灌区温差大，渠道的受冻胀破坏较大，灌区已衬砌渠段渠道完好率依然较差。

2 渠道衬砌冻胀破坏的特点及分析

由于灌区所处位置，温差大，衬砌渠道经常遭受反复冻融热涨，加剧了衬砌渠道的冻涨破坏。

2.1U型整体砌体渠道冻胀破坏的特点及分析

U型整体砌体渠道主要应用于支渠及分支渠，混凝土衬砌厚度为8-10厘米。U型整体砌体渠道抗压强度高，抗冻涨能力强。但由于灌区属于湿陷性黄土区，土体遇水后出现整体沉降。渠道易形成以下三种形式的冻涨破坏：

（1）整体上抬：当渠道衬砌体外侧土层霜冻均匀，衬砌体外侧土体在冻胀力均匀的情况下，可能导致渠道衬砌体整体升降，多次冻胀循环后，衬砌体与土体脱离，导致衬砌体整体上抬。

（2）鼓胀与裂缝：当渠道衬砌体外侧土层霜冻不均匀，衬砌体外侧土体在冻胀力不均匀的情况下，可能导致渠道衬砌体各部分升降不均匀，多次冻胀循环后，衬砌体出现鼓胀与裂缝。

（3）渠道悬空，滑塌错位：渠道底层土壤冻胀不均匀，混凝土板首先出现鼓胀与裂缝，随着水流带走土体，导致混凝土板因板后被掏空而导致倾斜、倒塌，使板块重叠，脱位等。

2.2浆砌石衬砌渠道冻胀破坏的特点及分析

浆砌石衬砌渠道主要应用于干渠梯形衬砌，厚度一般为30cm，衬砌的厚度大于混凝土衬砌的厚度。由于受当时生产条件限制，衬砌体整体性较差，渠道行水期间渗水严重，导致冻结机会较大。冬灌结束后，从湿周高度的1/3处出现局部隆起，多次冻融后冲刷造成衬砌体垮塌。

2.3混凝土预制板衬砌渠道冻胀破坏的特点及分析

混凝土预制板衬砌渠道主要应用于支渠、分支渠，混凝土预制板衬砌厚度均为10cm。由于混凝土预制板衬砌体整体性较差，渠道行水期间渗水严重，导致冻结机会较大。冬灌结束后，也从湿周高度的1/3处出现局部隆起，多次冻融后冲刷造成衬砌体垮塌。

3 冻胀破坏的原因分析

通过对渠道破坏部位的分析，首先滑塌的部位都处于背阴面，水流冲刷毁坏是向阳面毁坏的主要原因，总结渠道冻胀破坏的原因主要有以下几点。

3.1渠道回填土密实度不够

渠道开挖前的土方回填密实度达不到设计要求，由于土壤回填密度较低，容易受到毛细管的作用而使土壤含水率大幅度增加，在冬季受到霜冻力影响，冻胀力过大导致渠道鼓胀、裂缝、悬空、滑塌。

3.2施工中防渗膜接缝不严或损坏

一是防渗膜连接规范的规定和连接方法，在施工中不能按规定落实，导致渠道水容易浸透防渗膜层进入土体；二是施工队为了加快脱模时间，有意毁坏防渗膜，利用土体吸收混凝土内水分，提高脱模时间，加快工程进度；加之渠道回填土密实度不够，出现土体冻胀导致渠道损毁的现象发生。

3.3伸缩缝处理不到位

灌区渠道衬砌中，施工缝填充材料主要采用聚氯乙烯胶泥条填充，因胶泥条在施工中在直立面上难以固定，多数直立面不能按照设计填充胶泥条，导致形成渗水通道和混凝土的刚性连接，在热涨时混凝土板容易鼓起，导致渠道变形后毁坏。

3.4设计中混凝土标号及防渗标准低

由于设计中渠道衬砌混凝土标号和防渗标准低，加上施工条件的限制，混凝土的含水量不均衡，在冬季低温条件下，混凝土体中的水分易冰冻，体积膨胀，当冻胀力大于混凝土的强度时，经过冻胀循环和应力作用的重复，混凝土表面砂浆层将逐渐侵蚀，物料会出现冷冻结冰现象，危及整个渠道的运行。

4 混凝土防渗渠道冻胀问题的防治措施

随着施工技术的不但革新，新材料的不断应用，分析解决冻胀问题的原因，总结渠道抗冻胀措施的经验。目前，解决渠道冻胀问题的方法一般有以下三种。

4.1 加强工程质量

一是采用压实法，就是通过施工机械提高土壤密度；施工过程中严格按照规范施工，要求密度度达到0.95以上；二是按照规范要求使用防渗膜（如土工膜，塑料膜，沥青油毡等），切断水与湿陷性黄土层的连接；三是保证伸缩缝填充材料按照标准使用，杜绝渗水并起到缓冲热胀冷缩的作用；四是在设计时提高渠道衬砌混凝土标号和防渗标号，保证衬砌体不受冻融破坏。

4.2 优化渠道型式

采用抗冻胀能力的强的“U”型横断，在工程实践中发现，U型混凝土渠道冻胀破坏主要发生在阴坡衬砌下部的1/3处，U型断面将破坏位置放在了弧形断面处，弧面有利于抵抗冻涨破坏，增加了对破坏的抵抗力，增强了渠道抗冻胀的性能。

4.3优化运行方式，加强工程管理

一是结合灌区灌溉情况，在基础土壤冻结后，尽可能不通水；二是冬季在负温度期间应连续输水，并保持在设计水位以下运行。三是落实维修养护责任，及时维护供水渠道及配套设施，确保安全行水。endprint