浅议新疆头屯河灌区渠道防渗抗冻措施

张新贵

【摘要】防渗衬砌渠道抗冻是水利工程抗冻的重要组成部分由于他面积广，在新疆的灌区现代化建设中具有突出的重要意义。渠道的冻胀及其抗冻措施与冻土力学基础理论关系紧密，只有和冻土力学、工程冻土科学理论及其最新研究成果相结合，才能使防渗衬砌渠道抗冻技术上升为感性与理性相结合、微观与宏观相结合、工程实践与基础理论相结合的应用科技。

【关键词】渠道防渗；抗冻措施

1、渠道抗冻措施的冻土力学原理。

1.1土在负温下冻土原理，并不是所有土都在负温下冻胀，只有含有水分，并且属于冻胀的土才会在负温下冻胀，造成地基土冻胀的三个基本因素是：（1）寒冷地区具有持续负温的气候条件；（2）冻土中各种形态水分的存在和外部水源的补给；（3）土的物理学特性，包括土的颗粒组成、矿物质成分和分散性等，在整个冻胀过程中，水是最活跃的决定因素。在上述导致冻胀破会三个基本因素中，只要消除或减弱其中一个因素，就能防止冻胀或减轻冻胀破坏危害，但这三个因素中，要回避负温条件，需要较大或很大工作量，投资较大，经济效益相对较低，因此改变基土的结构成分和切断冻土地基在冻结前和冻结后的补给水源，是抗冻措施中最常用的方法。

1.2土在冻结时的水分迁移原理，土在冻结和在冻结持续下、水产生活跃的分子运动，使土粒面周围的薄膜吸附水顺着温度梯度方向冻结封面迁移，正在冻结的土层中的湿度（即含水量）剃度和温度剃度呈一致方向，由此而发生基土水分从底下的未冻土层穿过正在冻结的土层源源不断地向冻结封面迁移现象，发生正在冻结土层中的水分向冻结锋面迁移的现象，新疆乌鲁木齐和昌吉地区灌区冻土深一般为1.2m，渠道防渗衬砌下的冻深可取1.0m，根据新疆水利水电科学研究院，在昌吉试验场露天冷冻场测验数据：粘土、重壤土、沙壤土和砂砾戈壁土的水分迁移临界深度分别为2.3m、1.7m、1.6m和1.0m，因此上述两地区防止冻胀的地下水安全深度，对粘土、重壤土、沙壤土和戈壁土分别为3.3、2.7、2.6m和2.0m

2、头屯河灌区防渗渠道的抗冻问题的现状，

头屯河灌区的渠道大多在60年代修建，修建了许多混凝土防渗渠道，凡是修建在强冻胀性的细颗粒基土上的刚性衬砌渠道，现浇混凝土，浆砌石防渗渠道，由于该渠道基土冻胀使衬砌材料发生隆起、裂缝，普片都遇到冻胀问题，每年冬季引水后，均发生沿水流方向裂缝，缝宽达10cm，严重地段在1/3处由于渗漏水作用，部分发生滑坡，当时对防止渠道冻胀，一般采用换填戈壁砂砾料措施，但对换填厚度没有经验，在20cm、40cm、60cm三种换填土中，只有60cm厚度才能基本上不冻胀，由于这种厚度的换填量费用昂贵，实际上难以做到，随后又浆砌石引水渠改为小块混凝土预制板块防渗衬砌，结果在冬季输水运行后，还是年年冻胀裂缝、隆起，年年春季维修，经济损失严重。

3、防渗渠道的抗冻措施

3.1切断基土补给水源措施，

为防止或减轻基土的冻胀，切断基土补给水源有多种方法、双层防渗法、生物排水法以及工程排水法。

3.1.1渠道填方法。以切断或削弱地下水和周围地面渗水补给基土水分为目的的填土方法，渠道填方法的优点是：增大渠底与地下水位之间的垂直距离，尽量使渠床基土处于地下水毛细管高度和土在冻结是水分迁移距离范围以外，可以加大基土中渠道渗漏或堤面、地面大气降水入渗水的渗流坡降，以加快排水速度，降低基土中的含水量。

3.1.2双层防渗法。双层防渗法就是在混凝土或砌石护面下再铺一层防渗塑膜进一步提高渠道的防渗标准，在新疆寒冷地区，它起到防渗、防冲、防止冻胀“三防”作用，在头屯河灌区均采用土料保护塑膜防渗渠与混凝土防渗渠两种形式。

3.1.3工程排水法。在地下水位高的沼泽划地区，特别在范围广阔的冲积扇扇缘泉水溢出带地区，修建刚性防渗衬砌渠道，必须考虑降低地下水位的工程排水措施，在点上和局部位置上降低地下水的措施有井点抽水法，在线上和面上降低地下水位措施有群井排水、明渠自流排水或明渠自流结合抽水站，排水，如果线为于扇缘溢出带，最好同时结合地下水水源地工程，集中开采利用地下水，同时也降低了地下水，此外，在渠线的局部地段，还可考虑采用暗管排水措施。

3.1.4生物排水法。是减少基土含水量，防治冻胀的排水措施，又是改变原属性强冻胀性基土的结构成分，使之成为不冻胀或弱冻胀性的须根土采用干砌卵石全断面防冲、塑料薄膜防渗形式，这样使渠道夏季渠内引洪水位超过渠坡里面的塑料上沿并外测渠堤渗漏，以满足渠道两侧树木的需要，而树木根系形成的须根土反过来可起到防止冻胀破坏的作用。

3.2冻胀性基土替换措施。在头屯河河流辽阔的冲积平原上，地形坡度十分平缓，表层土都是属于强度或中度冻胀性土，在这些地区修建刚性衬砌渠道，常采用基土换填措施，换填材料是非冻胀性或弱冻胀性沙、砾石料、戈壁沙、或戈壁砂砾土，根据测试表明，当风积沙换填厚度为30-55cm时，渠床基土最大冻胀均小于7mm，但当只换置5cm的风积沙垫层时，基土冻胀量可达92mm，因此风积沙换填厚度一般不小于40cm。

4、结束语

随着防渗衬砌渠道抗冻措施这项应用技术在新疆地区不断发展，水工抗冻问题上积累的经验越来越多，需要因地制宜采用多种方案比较，优选其中效果好设计方案，在渠道衬砌功能上也要常常需要防渗、防冲、抗冻、抗磨多目标考虑，从中选择经济效益最优的衬砌形式。

参考文献：

[1]新疆水利厅编 新疆灌溉 新疆人民出版社

[2]渠系工程抗冻胀设计规范SL23-91

[3]渠道防滲工程技术规范GB/T5060-2010