建平县老官地灌区U 型槽渠道冻害产生原因及防护措施

黄志刚

（建平县水利技术推广服务中心 辽宁 建平 122400）

老官地灌区位于辽宁省建平县老官地镇上地村，位于老哈河左岸，修建于1965 年，设计灌溉面积1.03 万亩，受益村3 个，受益人口0.61 万人。该灌区在1965 年竣工投入使用，渠首工程为有坝引水，相继于1991 年和2020 年进行维修改造，形成现有规模。干渠总长15 km，共有87 座(处)建筑物。支渠共35 条，总长21.02 km。

老官地灌区是中型灌区，运行状况处于良好状态。由于建平县北部气候较寒冷，时长达5 个月，最大冻深有1.8 m，U 型槽周围土体温度在2 月份左右达到最低，其周围活动层完全冻结，槽体破坏，严重影响其服务功能。渠道建设中，解决渠道防冻就成为首要问题。灌区对U 型槽渠道采取防冻措施，虽然一次性投资较大，但是防冻效果好，运行安全，为灌区可持续发挥效益起到了节约资金、节约用水，实现了“节水高效、设施完善、管理科学、生态良好”的管理目标。

1 渠道冻害破坏形式

混凝土U 型槽渠道经过冻胀循环和应力的反复作用，很容易发生混凝土的冻融破坏。破坏形式一般有如下几个情况：

1.1 产生裂缝及鼓胀。冬季里，混凝土U 型槽渠道极易与渠床基土冻结粘连成一体。混凝土U 型槽渠道既承受着冻结力，又承受着冻胀力、拉应力。如果这些应力值大于混凝土U 型槽渠道在低温下的极限应力时，极易对U 型槽产生破坏。

1.2 产生架空隆起。在地下水位较高一些的渠段，若水位上升，渠床基土产生冻胀，造成U 型槽大幅度隆起、架空。问题一般发生在渠道坡脚或渠底中部等。

1.3 产生滑塌破坏。滑塌方式主要有两种：首先是冻胀引起U 型槽隆起架空后造成坡脚支承受到破坏，U型槽垫层稳定平衡失去，基土融化后U 型槽顺坡向下滑移、错位、倾斜或倾倒。二是渠道基土融化时造成的滑坡，会使渠坡滑塌，导致U 型槽被推动错位。

2 防治措施

U 型槽渠道产生冻胀破坏主要来源于渠道基土冻结时水分迁移和冻胀作用大小。通过工程实践探索，U 型槽渠道冻害防治，先期规划布置、到基土处理、渠道排水，中期渠道衬砌形式、采用材料及提高施工质量、后期做好管理维修等诸多方面，做到通盘考虑、因时制宜、因地制宜的采取防治措施。措施如下：

2.1 避开冻胀危害。在工程建设规划设计之初，设计人员就要考虑避开有产生较大冻胀的地质区域。

2.1.1 要避开粘质土壤、淤泥沼泽、松软土层及地下水位较高的地段，要选择透水性较强或者地下水位较深的地段，保证U 型槽渠底的冻结层牢牢控制在地下毛管水补给高度以上。

2.1.2 渠线布置时，要选择在对比耕地较高一些的脊梁地带最好。

2.1.3 施工渠段采用填方最好。

2.1.4 渠道一旦产生渗水或者有地面回归水，要配置排水设施。

2.1.5 渠道林带树种选择，旱柳树为先，由于旱柳易繁殖，栽培方法简单，生命力强，可美化环境，还可以加固渠床基土，冻害防治较好。

2.2 消减冻胀危害。U 型槽渠道基土产生冻胀，一般可采用相应的削减措施：

2.2.1 U 型槽基土换填。将渠道内容易产生冻结的土壤换成非冻胀性的填筑材料，如换成干净的砂石或者级配相当的碎石。砂石和碎石的杂质含量不要大于5%，如果换填层有冻结时，必须保证换填层有排水通道。使用级配碎石要预先筛分成四个大小不同粒级的组配，保证渠道的渗水流出和阻止下层水分向表层迁移。

2.2.2 U 型槽隔热保温。是将隔热保温布铺设在混凝土U 型槽背后，做到降低或消除寒冷，隔断垫层下的不利水分补给。苯板在U 型槽渠道防渗工程中对削减冻深和冻胀效果也不错。苯板具有自重轻、吸水性低、运输和施工方便等特点。

2.2.3 U 型槽基土压实。基土经过压实后干密度提高，透水性变弱，孔隙率减少。压实基土能够阻挡水分迁移和聚集，增强消除冻胀的能力。

3 U 型槽渠道维修

3.1 U 型槽裂缝的维修。U 型槽产生裂缝后，只要U型槽表面平整，缝隙不大，一般采用过氯乙烯胶液涂料粘贴玻璃丝布的方法进行修补。如果U 型槽产生缝隙较大，得用填塞的方法。把U 型槽缝系内、缝壁内及缝系口两边的泥土、杂物清除掉，将拌好的沥青、塑料胶泥填入U 型槽缝系内，填实压紧，做到表面光滑平整。

3.2 U 型槽砌筑缝的维修。U 型槽砌筑缝一般是水泥砂浆缝，若是产生开裂、掉块等问题，先要凿除清理缝内破碎的水泥砂浆块，然后把缝壁和缝口冲洗干净，接着用与U 型槽同标号的水泥砂浆填实填满，随后捣实抹平，最后要保湿养护14 d 以上。

3.3 U 型槽表层损坏的维修。U 型槽表层产生剥蚀或孔洞等破坏，一般维修可用水泥浆。首先要清理掉表层已损坏的混凝土，然后凿毛处理，再用水冲洗干净后，使工作面保持湿润状态，用水泥浆抹平后再压光，还要养护14 d 以上。如果表层损坏部位较深较大时，可采用混凝土修补。

3.4 U 型槽防渗层的维修。如果U 型槽防渗层有破碎、错位、滑塌等损坏，应该做到及时拆除损坏部位，清理出基土，重新填筑。填筑时，新旧混凝土的接合面充分结合一体，先要凿毛冲洗，要涂一层厚1 mm 的水泥净浆，然后再填筑混凝土。还要及时保湿养护。

3.5 U 型槽运行过程抢修。U 型槽渠道运行时，如果局部出现断裂或滑坡等情况时，采取办法是马上停水或降低水位，并且采用土工编织袋装砂土堵塞方法，待U型槽无水后，再对破坏部位进行有针对性的维修。