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摘要：混凝土衬砌渠道具有防渗、防冲、耐用、美观等优点，在宁夏中宁县引黄灌区节水灌溉中被大量采用。由于宁夏处于高寒地区，受冻害及其他一些因素的影响，在冻胀和冻融作用下，近年来渠道运行中屡次出现混凝土板衬砌渠道冻胀破坏现象，严重影响渠道的正常运行。根据渠道破坏的机理，结合渠道线路、土质、运行、设计及施工等方面的实际情况，对砌护破坏的原因进行调查分析，发现主要是受砌护形式及材料、施工质量和冬季冻胀的影响，其中冻胀破坏是制约北方高寒地区渠道砌护的主要原因，现就该问题提出自己的看法。
关键词：混凝土衬砌渠道；措施；原因
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
1、渠道衬砌体冻胀破坏机理
渠道衬砌体冻害问题涉及因素很多, 如渠道土體特性, 地下水位高低, 土壤水分大小, 砌体材料性能和结构强度、几何尺寸、止水排水措施以及当地冬季气温和温差变化幅度、道冬季使用情况和管理水平等等。事物总有其本质属性和主要矛盾, 要解决冻胀破坏问题, 首先应从冻胀破坏机理研究入手, 并找出楔入点, 再寻求防治对策和措施才是主要的。
渠道衬砌体的冻害主要是砌体下土体的冻胀引起的,土冻胀是多向性, 只是侧向相互平衡了, 所以才形成垂直向上的现象。对土颗粒位移的热筛效应及对流迁移理论分析, 寒区地表土层由于气温年周期波动产生反复冻结和融化,导致土体坡面再造。这种再造现象突出表现在三个方面: 一是由于水分迁移引起分凝冰层出现, 导致土体冻胀; 二是伴随水分迁移产生溶质迁移, 引起土层中高浓度带出现, 导致土层中融弱层的产生; 三是内外应力作用下土颗粒位移, 引起冷生剖面的变化, 导致土体性质改变及部分不良物理地质现象出现。
在冻结过程中，基土水分迁移还与基土特性，冷冻强度有关。基土颗粒的大小决定着土壤毛管力的大小，也就决定着基土水分在冻结过程中迁移的大小。有资料表明：一般沙不产生或有少量迁移；粉粒及粘粒水分迁移强烈。如冷冻强度大，使冻结面迅速下移，水分来不及迁移，冻胀弱；反之冷冻强度小，冻结面下移慢，水分有足够时间迁移，冷冻强。因此，渠道砌护冻胀破坏与基土特性及气温有关，且主要与基土中的水分有关。
2、冻胀破坏的类型及原因
在冬季气温降至O℃以下时, 由于渠道断面各部分承受阳光照射的时间及辐射强度不同，加上空气流动及散热条件不同，衬砌断面上的温度也不均匀。另外，由于渠道断面上个部位的含水量不同，造成断面个部位的冻胀强度也不同，是衬砌渠道破坏的根本原因。一般阳坡比阴坡冻坏轻，渠底和坡脚的冻胀大于渠坡上部。:
2.1 冻胀裂缝隆起。这种冻胀破坏是渠道衬砌破坏的最初形式，也是其他冻胀相对形式的基础。高干渠上的砼现浇砌护，最初在距边坡底部1/3处出现纵向裂缝，并有隆起。分析这种破坏的原因，是由于渠道基土中含水量从渠底到堤顶由大变小，基土的冻胀量也随含水量由大变小，其冻胀力沿着渠坡近似上小下大的三角形分布，冻胀力的合力位于距边坡1/3处，渠底的基土含水量均等，冻胀力也相等，其冻胀破坏力成矩形分布，合力位于渠底中部。在冻胀力的作用下，使砌护结构产生不均匀的变形，超过结构本身的容许变形，引起裂缝隆起破坏。由于渠底部与坡脚砼板的相互制约以及冻胀合力的共同作用，砼衬砌首先从冻胀合力作用线即距边坡底部1/3处和渠底中线附近产生裂缝隆起破坏。
2.2 冻融流土滑坡。这类冻胀破坏是中宁县支干渠砼衬砌渠道受冻胀破坏的主要形式，有些未作衬砌但渠道受冻胀破坏的主要形式，有些未作衬砌但渠道土质为粘性土、排水条件不好的土渠道断面也有此现象发生。冻融流土滑坡破坏，通常发生在春季开化时期，它是在冻胀隆起破坏的基础上产生的，由于砌护下面的基土含水量远大于基土冻胀含水量的临界值，加之渠道基土在冻结过程中产生水分迁移，使其向冻结峰面积聚，砌护面下的土壤形成冰晶。春季开花时，气温逐渐回升，使砌护体下面的基土冰晶由外向里融化。融化的土体含水量达到饱和状态，土体的聚力减弱，并在融化和未融化土接触面上形成滑动石。融化体与第一类冻胀破坏砌体由于重力所产生的下滑力大于土体内聚力时，发生冻融流土滑坡。
3. 防治措施
3.1工程规划设计时，在考虑工程建设要求的同时，首先应尽可能使渠线走高地，渠底线最好高出地下水面，其距离应不小于当地冻土最大深度加基土毛管水上升高度，其次尽可能选用填方渠道，不用或少用挖方渠道。
3.2 采用聚苯乙烯板.对灌区中的干渠，断面较大，采用聚苯乙烯板保温措施防冻。采用厚度为0.02～0.12m的聚苯乙烯泡沫保温防冻，效果很好。
3.3 合理的选择衬砌形式，提高工程质量。在选取衬砌形式时，要根据渠道冻胀的不均匀性、冻害程度、渠道特点及材料情况，选择合理的衬砌形式，提高施工质量，既能适应冻胀变形又节省资金。
3.4 严格控制衬砌渠道及建筑物的防冻指标。水电工程衬砌渠道及建筑物的冻害，主要是因渠床上冻胀造成衬砌体过大的变位所引起，故应选择冻胀移位量为水电工程衬砌渠道冻胀的控制指标。
3.5 采用非冻胀材料换填。如条件限制,无法解决地下水的问题,可采取非冻胀材料(砂砾石或沙)将渠基的冻胀土换掉。按不同部位及坡向参照规范的要求进行标准冻深的修正,计算出不同部位的置换深度,采取非冻胀材料进行换填,来有效削减边坡衬砌层所受的冻胀力。
3.6 及时养护维修，加强工程管理。渠道衬砌裂缝及施工缝漏水也是补给基土水分的主要因素，因此，应加强养护维修工作，在停水期间进行全面检查，对于已变形或裂缝的衬砌面利用春秋及时补修，即可减少渗漏损失又可避免变形及裂缝的继续扩大，形成冻融土滑坡破坏。
4.结束语
综上所述，渠道衬砌冻胀破坏的防治是一个综合性的问题，并非只采取工程措施或其他单一的方法就可解决，必须从工程的规划、设计、施工、运行管理等各方面来考虑，并结合当地的特点和情况，采用综合措施方能见效。
关键词：混凝土衬砌渠道；措施；原因
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
1、渠道衬砌体冻胀破坏机理
渠道衬砌体冻害问题涉及因素很多, 如渠道土體特性, 地下水位高低, 土壤水分大小, 砌体材料性能和结构强度、几何尺寸、止水排水措施以及当地冬季气温和温差变化幅度、道冬季使用情况和管理水平等等。事物总有其本质属性和主要矛盾, 要解决冻胀破坏问题, 首先应从冻胀破坏机理研究入手, 并找出楔入点, 再寻求防治对策和措施才是主要的。
渠道衬砌体的冻害主要是砌体下土体的冻胀引起的,土冻胀是多向性, 只是侧向相互平衡了, 所以才形成垂直向上的现象。对土颗粒位移的热筛效应及对流迁移理论分析, 寒区地表土层由于气温年周期波动产生反复冻结和融化,导致土体坡面再造。这种再造现象突出表现在三个方面: 一是由于水分迁移引起分凝冰层出现, 导致土体冻胀; 二是伴随水分迁移产生溶质迁移, 引起土层中高浓度带出现, 导致土层中融弱层的产生; 三是内外应力作用下土颗粒位移, 引起冷生剖面的变化, 导致土体性质改变及部分不良物理地质现象出现。
在冻结过程中，基土水分迁移还与基土特性，冷冻强度有关。基土颗粒的大小决定着土壤毛管力的大小，也就决定着基土水分在冻结过程中迁移的大小。有资料表明：一般沙不产生或有少量迁移；粉粒及粘粒水分迁移强烈。如冷冻强度大，使冻结面迅速下移，水分来不及迁移，冻胀弱；反之冷冻强度小，冻结面下移慢，水分有足够时间迁移，冷冻强。因此，渠道砌护冻胀破坏与基土特性及气温有关，且主要与基土中的水分有关。
2、冻胀破坏的类型及原因
在冬季气温降至O℃以下时, 由于渠道断面各部分承受阳光照射的时间及辐射强度不同，加上空气流动及散热条件不同，衬砌断面上的温度也不均匀。另外，由于渠道断面上个部位的含水量不同，造成断面个部位的冻胀强度也不同，是衬砌渠道破坏的根本原因。一般阳坡比阴坡冻坏轻，渠底和坡脚的冻胀大于渠坡上部。:
2.1 冻胀裂缝隆起。这种冻胀破坏是渠道衬砌破坏的最初形式，也是其他冻胀相对形式的基础。高干渠上的砼现浇砌护，最初在距边坡底部1/3处出现纵向裂缝，并有隆起。分析这种破坏的原因，是由于渠道基土中含水量从渠底到堤顶由大变小，基土的冻胀量也随含水量由大变小，其冻胀力沿着渠坡近似上小下大的三角形分布，冻胀力的合力位于距边坡1/3处，渠底的基土含水量均等，冻胀力也相等，其冻胀破坏力成矩形分布，合力位于渠底中部。在冻胀力的作用下，使砌护结构产生不均匀的变形，超过结构本身的容许变形，引起裂缝隆起破坏。由于渠底部与坡脚砼板的相互制约以及冻胀合力的共同作用，砼衬砌首先从冻胀合力作用线即距边坡底部1/3处和渠底中线附近产生裂缝隆起破坏。
2.2 冻融流土滑坡。这类冻胀破坏是中宁县支干渠砼衬砌渠道受冻胀破坏的主要形式，有些未作衬砌但渠道受冻胀破坏的主要形式，有些未作衬砌但渠道土质为粘性土、排水条件不好的土渠道断面也有此现象发生。冻融流土滑坡破坏，通常发生在春季开化时期，它是在冻胀隆起破坏的基础上产生的，由于砌护下面的基土含水量远大于基土冻胀含水量的临界值，加之渠道基土在冻结过程中产生水分迁移，使其向冻结峰面积聚，砌护面下的土壤形成冰晶。春季开花时，气温逐渐回升，使砌护体下面的基土冰晶由外向里融化。融化的土体含水量达到饱和状态，土体的聚力减弱，并在融化和未融化土接触面上形成滑动石。融化体与第一类冻胀破坏砌体由于重力所产生的下滑力大于土体内聚力时，发生冻融流土滑坡。
3. 防治措施
3.1工程规划设计时，在考虑工程建设要求的同时，首先应尽可能使渠线走高地，渠底线最好高出地下水面，其距离应不小于当地冻土最大深度加基土毛管水上升高度，其次尽可能选用填方渠道，不用或少用挖方渠道。
3.2 采用聚苯乙烯板.对灌区中的干渠，断面较大，采用聚苯乙烯板保温措施防冻。采用厚度为0.02～0.12m的聚苯乙烯泡沫保温防冻，效果很好。
3.3 合理的选择衬砌形式，提高工程质量。在选取衬砌形式时，要根据渠道冻胀的不均匀性、冻害程度、渠道特点及材料情况，选择合理的衬砌形式，提高施工质量，既能适应冻胀变形又节省资金。
3.4 严格控制衬砌渠道及建筑物的防冻指标。水电工程衬砌渠道及建筑物的冻害，主要是因渠床上冻胀造成衬砌体过大的变位所引起，故应选择冻胀移位量为水电工程衬砌渠道冻胀的控制指标。
3.5 采用非冻胀材料换填。如条件限制,无法解决地下水的问题,可采取非冻胀材料(砂砾石或沙)将渠基的冻胀土换掉。按不同部位及坡向参照规范的要求进行标准冻深的修正,计算出不同部位的置换深度,采取非冻胀材料进行换填,来有效削减边坡衬砌层所受的冻胀力。
3.6 及时养护维修，加强工程管理。渠道衬砌裂缝及施工缝漏水也是补给基土水分的主要因素，因此，应加强养护维修工作，在停水期间进行全面检查，对于已变形或裂缝的衬砌面利用春秋及时补修，即可减少渗漏损失又可避免变形及裂缝的继续扩大，形成冻融土滑坡破坏。
4.结束语
综上所述，渠道衬砌冻胀破坏的防治是一个综合性的问题，并非只采取工程措施或其他单一的方法就可解决，必须从工程的规划、设计、施工、运行管理等各方面来考虑，并结合当地的特点和情况，采用综合措施方能见效。