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摘要：本文对渠道砼衬砌冻胀损坏产生的原因以及渠道衬砌的抗冻胀防治措施进行了讨。
关键词：渠道砼；衬砌冻胀；破坏问题；防治措施
中图分类号：TV331文献标识码： A
引言：
渠道混凝土的冻胀破坏主要原因是渠道的基土、地下水位和气温。新疆寒冷地区的混凝土渠道工程，是新疆水利工程的重要组成部分，受新疆地区气候的影响，混凝土渠道的冻胀问题较为普遍。不仅直接影响渠道的正常使用,而且增加了运行管理难度和工程修复费用,因此，在新疆寒冷地区节水农业技术的发展上,要想提高渠系水利用率,就必须正视渠道冻胀破坏问题。
1渠道砼衬砌冻胀损坏原因分析
在渠道基土中含有大量的土壤水，这些土壤水主要为土粒子间填充的自由水和吸附在粒子周围的结合水，自由水的多少与粒子间空隙的大小有关，结合水的多少与土粒子总的表面积有关。对于衬砌混凝土板基土来说，多为夯实土，粒子间隙小，故基土中所含水量主要为结合水。而结合水的多少又与基土的性质有关，即颗粒的比表面积越大，粒子所吸附的水分也越多，即基土的含水量就越大。这样，当长时间为负温时，基土中水分就会结冰，根据水在结冰时体积增大的性质，基土的体积也将增大，这将对其上的混凝土面板产生向上的推力，即为冻胀力。如果该力大于混凝土板本身的重力，就将引起混凝土面板在该力方向上的位移，即发生冻胀破坏。
衬砌渠道冻胀破坏的根本原因是渠床基土的冻胀变形。造成渠床基土冻胀变形的主要原因有3个：持续负温、冻胀性土壤及埋深较浅的地下。水产生基土冻胀变形的3个因素相互联系，缺一不可。在以上的3个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的先决条件，也是必备条件。在整个冻胀破坏过程中，水是最活跃的因素。
2渠道衬砌的抗冻胀防治措施
2.1 改善渠基土的冻胀性
2.1.1长时间的持续负温是造成渠床基土冻胀的根本原因。渠道施工中将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，阻止或削弱外界与渠床基土的热能交换，保持基土温度≥00C; 隔断下层土的水分补给，可以达到降低冻结深度，有效防止冻胀破坏。目前我国寒冷地区广泛应用的是: 由聚乙烯合成后的泡沫板作为混凝土衬砌板下的保温垫层的聚苯乙烯泡沫板垫层法，泡沫板的导热系数小且板内有很多空气泡，隔热性能好，所以不会发生基土冻结。根据阴、阳坡及渠底的具体情况，泡沫板采用不同的厚度，板下再铺设一层聚乙烯塑料薄膜进行防渗。
2.1.2换填混凝土板下冻结深度内的冻胀性基土，选择含泥量≤3%的砂砾、碎卵石、中粗砂等非冻胀性材料，换填的前提是保持排水通畅，置换土与原状土之间应设置采用土工布、土工膜或纤维布砂袋为材料的反滤隔层，以排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区的迁移，减少渠基冻胀和不均匀沉降，提高抗冻性和稳定性。
2.1.3利用黏性土压实或强夯，使土体颗粒重新组合，提高基土密实度，增大抗渗性和隔温性能，从而削减冻胀能力，达到防止冻害的目的，适用于渠底和填方部分。按照施工要求，做好基土排水措施，达到最优含水量，分层辗压，压实度达到基土最大干密度的95%以上，压实深度应大于该地区的最大冻深。
2.1.4采用上防下离的方式来降低地下水位和基土含水量。上防就是采用砌石、土工膜料、瀝青混凝土、混凝土等防渗材料，阻断渠基土的水分补给。下离就是把渠床冻结层中的重力水或渠道旁渗水排出渠外，即在渠道两侧修建、截排水系统。在地下水位较高的地段，特别在两岸是农田的高挖方段，采用在渠旁修建截水和排水沟，切断基土水的外补给来源，使地下水位降至防冻层以下的方法十分有效。
2.2渠道断面形式的选择
当渠道基土的冻胀系数较大，而计算冻胀位移量与衬砌结构的允许位移量差距不大时，可以采用适应冻胀位移的结构法。在干渠或者支渠流量较大的渠道上，其横断面可采用弧底梯形的断面形式。这样就能够发挥混凝土抗压的特点，使断面向上的冻胀力具有较强的抵抗能力，可有效的避免平底板的中间断裂现象。对于小型的农渠或者斗渠混凝土渠道，可采用U型和梯形的断面形式，U型的断面形式占地面积较少，且有着较好的抗冻胀性能，非常适合在新疆的灌区节水工程中应用。渠道的边坡不要过陡，要考虑到渠基的稳定性和施工的要求，如果边坡过陡，在春季渠基土融化期，容易发生渠坡滑坡现象，另外，施工的质量也很难得到保证。同时，为了预防冻胀变形，也可以对混凝土衬砌断面的纵横缝间距和充填材料进行调整。
2.3渠道的运营管理
在渠道管理中，及时发现修补损坏的渠道混凝土，保持其防渗层完整无破漏和封顶完好，外界水不能渗入砌体背后; 保证各种排水设施畅通，并应用生物排水护坡固坡等。
3结语：
混凝土渠道冻胀破坏是影响衬砌防渗效果和渠系工程发挥效益 的主要原因之一,只有从规划、设计、施工和管理等各方面入手,采取 综合防治措施,才能有效地削减、消除和回避冻胀,节省人力、物力,节约水资源,充分发挥工程效益。目前,我国混凝土渠道抗冻胀技术己取得很大进展,但仍存在许多问题,有待进 一步加以解决。
3.1目前，对混凝土渠道冻胀力的大小和分布规律存在不同的意见,应 针对不同地下水位、不同结构型式等因素，深入研究冻胀力的确定方法，建立起各种断面形式渠道冻胀的力学模型。
3.2 随着我国水利事业的发展，流域调水、引水工程越来越多,应加快 研究长距离、大流量以及傍山、高地下水位、盐碱区等恶劣地质条件下的混凝土渠道冻胀防治措施。
3.3从目前各种防冻胀衬砌型式来看,还是以整体刚性防渗防冻害措施 为主，而刚柔混合结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性，能同时有效解决渗漏和冻胀问题。因此,应用高分子材料研制技术可靠、结构简单、经济合理的刚柔混合结构作为渠道的衬砌结构是今后我国渠道防渗防冻胀衬砌的发展方向。
3.4混凝土渠道防渗抗冻胀工程技术复杂，应加大科研投入，加强跨 行业合作，进一步研究冻胀防治的新材料、新工艺，倡导废料和当地 材料的使用，以降低抗冻技术造价,改善生态环境，取得经济效益和社会效益的双赢。
关键词：渠道砼；衬砌冻胀；破坏问题；防治措施
中图分类号：TV331文献标识码： A
引言：
渠道混凝土的冻胀破坏主要原因是渠道的基土、地下水位和气温。新疆寒冷地区的混凝土渠道工程，是新疆水利工程的重要组成部分，受新疆地区气候的影响，混凝土渠道的冻胀问题较为普遍。不仅直接影响渠道的正常使用,而且增加了运行管理难度和工程修复费用,因此，在新疆寒冷地区节水农业技术的发展上,要想提高渠系水利用率,就必须正视渠道冻胀破坏问题。
1渠道砼衬砌冻胀损坏原因分析
在渠道基土中含有大量的土壤水，这些土壤水主要为土粒子间填充的自由水和吸附在粒子周围的结合水，自由水的多少与粒子间空隙的大小有关，结合水的多少与土粒子总的表面积有关。对于衬砌混凝土板基土来说，多为夯实土，粒子间隙小，故基土中所含水量主要为结合水。而结合水的多少又与基土的性质有关，即颗粒的比表面积越大，粒子所吸附的水分也越多，即基土的含水量就越大。这样，当长时间为负温时，基土中水分就会结冰，根据水在结冰时体积增大的性质，基土的体积也将增大，这将对其上的混凝土面板产生向上的推力，即为冻胀力。如果该力大于混凝土板本身的重力，就将引起混凝土面板在该力方向上的位移，即发生冻胀破坏。
衬砌渠道冻胀破坏的根本原因是渠床基土的冻胀变形。造成渠床基土冻胀变形的主要原因有3个：持续负温、冻胀性土壤及埋深较浅的地下。水产生基土冻胀变形的3个因素相互联系，缺一不可。在以上的3个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的先决条件，也是必备条件。在整个冻胀破坏过程中，水是最活跃的因素。
2渠道衬砌的抗冻胀防治措施
2.1 改善渠基土的冻胀性
2.1.1长时间的持续负温是造成渠床基土冻胀的根本原因。渠道施工中将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，阻止或削弱外界与渠床基土的热能交换，保持基土温度≥00C; 隔断下层土的水分补给，可以达到降低冻结深度，有效防止冻胀破坏。目前我国寒冷地区广泛应用的是: 由聚乙烯合成后的泡沫板作为混凝土衬砌板下的保温垫层的聚苯乙烯泡沫板垫层法，泡沫板的导热系数小且板内有很多空气泡，隔热性能好，所以不会发生基土冻结。根据阴、阳坡及渠底的具体情况，泡沫板采用不同的厚度，板下再铺设一层聚乙烯塑料薄膜进行防渗。
2.1.2换填混凝土板下冻结深度内的冻胀性基土，选择含泥量≤3%的砂砾、碎卵石、中粗砂等非冻胀性材料，换填的前提是保持排水通畅，置换土与原状土之间应设置采用土工布、土工膜或纤维布砂袋为材料的反滤隔层，以排除渗水和阻止下层水分向表层冻结区的迁移，减少渠基冻胀和不均匀沉降，提高抗冻性和稳定性。
2.1.3利用黏性土压实或强夯，使土体颗粒重新组合，提高基土密实度，增大抗渗性和隔温性能，从而削减冻胀能力，达到防止冻害的目的，适用于渠底和填方部分。按照施工要求，做好基土排水措施，达到最优含水量，分层辗压，压实度达到基土最大干密度的95%以上，压实深度应大于该地区的最大冻深。
2.1.4采用上防下离的方式来降低地下水位和基土含水量。上防就是采用砌石、土工膜料、瀝青混凝土、混凝土等防渗材料，阻断渠基土的水分补给。下离就是把渠床冻结层中的重力水或渠道旁渗水排出渠外，即在渠道两侧修建、截排水系统。在地下水位较高的地段，特别在两岸是农田的高挖方段，采用在渠旁修建截水和排水沟，切断基土水的外补给来源，使地下水位降至防冻层以下的方法十分有效。
2.2渠道断面形式的选择
当渠道基土的冻胀系数较大，而计算冻胀位移量与衬砌结构的允许位移量差距不大时，可以采用适应冻胀位移的结构法。在干渠或者支渠流量较大的渠道上，其横断面可采用弧底梯形的断面形式。这样就能够发挥混凝土抗压的特点，使断面向上的冻胀力具有较强的抵抗能力，可有效的避免平底板的中间断裂现象。对于小型的农渠或者斗渠混凝土渠道，可采用U型和梯形的断面形式，U型的断面形式占地面积较少，且有着较好的抗冻胀性能，非常适合在新疆的灌区节水工程中应用。渠道的边坡不要过陡，要考虑到渠基的稳定性和施工的要求，如果边坡过陡，在春季渠基土融化期，容易发生渠坡滑坡现象，另外，施工的质量也很难得到保证。同时，为了预防冻胀变形，也可以对混凝土衬砌断面的纵横缝间距和充填材料进行调整。
2.3渠道的运营管理
在渠道管理中，及时发现修补损坏的渠道混凝土，保持其防渗层完整无破漏和封顶完好，外界水不能渗入砌体背后; 保证各种排水设施畅通，并应用生物排水护坡固坡等。
3结语：
混凝土渠道冻胀破坏是影响衬砌防渗效果和渠系工程发挥效益 的主要原因之一,只有从规划、设计、施工和管理等各方面入手,采取 综合防治措施,才能有效地削减、消除和回避冻胀,节省人力、物力,节约水资源,充分发挥工程效益。目前,我国混凝土渠道抗冻胀技术己取得很大进展,但仍存在许多问题,有待进 一步加以解决。
3.1目前，对混凝土渠道冻胀力的大小和分布规律存在不同的意见,应 针对不同地下水位、不同结构型式等因素，深入研究冻胀力的确定方法，建立起各种断面形式渠道冻胀的力学模型。
3.2 随着我国水利事业的发展，流域调水、引水工程越来越多,应加快 研究长距离、大流量以及傍山、高地下水位、盐碱区等恶劣地质条件下的混凝土渠道冻胀防治措施。
3.3从目前各种防冻胀衬砌型式来看,还是以整体刚性防渗防冻害措施 为主，而刚柔混合结构具有适应冻融变形、胀而不裂和防渗、减轻冻胀的特性，能同时有效解决渗漏和冻胀问题。因此,应用高分子材料研制技术可靠、结构简单、经济合理的刚柔混合结构作为渠道的衬砌结构是今后我国渠道防渗防冻胀衬砌的发展方向。
3.4混凝土渠道防渗抗冻胀工程技术复杂，应加大科研投入，加强跨 行业合作，进一步研究冻胀防治的新材料、新工艺，倡导废料和当地 材料的使用，以降低抗冻技术造价,改善生态环境，取得经济效益和社会效益的双赢。