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摘 要：通过对全县灌区渠道混凝土冻胀破坏的原因进行分析，提
出了具体的防治措施，对今后灌溉渠道防冻的设计、施工和运行管理工作具有一定的指导意义。
关键词： 渠道混凝土；破坏的原因；防治措施；西吉县
分类号：TV698.26
1 基本情况
西吉县位于宁南山区，地处内陆，属大陆性气候带的边缘，年平均降水量427.9mm，年平均气温南高北低，大部分地区在4—7℃，大于10℃的有效积温为2080.8℃，年日照时数2322.3h，无霜期短，平均100—150d，冻土层深68-106cm，全年多风，年平均风速2.2m/s。自然条件恶劣，水土流失严重，严重制约着当地的经济发展。
全县土地总面积3143.85km?，农耕地面积11.6万hm2，水库自流灌区有夏寨、马莲、什字、东坡等20处，实有灌溉面积0.91 万hm2，其中水库自流灌溉面积0.71万hm2，目前，已建成各类输水渠道483条989.74 km，其中采用混凝土板或U形槽衬砌长度为283.04km，衬砌率达28.6%。但由于灌区冬季气温较低，地下水位高，渠道冻胀破坏现象尤为严重。为此，针对渠道冻胀破坏情况，应结合实际，分析原因，区别对待，才能延长渠道使用寿命，提高输水能力，降低水量损失，从而可缓解灌区用水紧缺的局面。
2 渠道冻胀破的原因分析
通过对灌区混凝土预制板或U形槽衬砌渠道冻胀破坏现象、发生部位及特点的分析，认为衬砌渠道冻胀破坏的主要因素有如下几方面。
2.1 土质因素
在含水量、温度及其它条件相同时，不同的土质中水分迁移量是不同的。在极细的黏土中，仅有轻微的水分和冰析出，而在粉质土中可发生最强烈的迁移和冻胀性。而砂砾石土壤中一般不具冻胀现象，只有更细的充填物时，在冻结时水分迁移反而更剧烈。因此，不同的土壤其冻胀破坏现象是不同的，即：粉质黏土>壤土>砂壤土>砂土>砂砾。
2.2 土壤含水量
渠基土的含水量是渠道发生冻胀破坏的决定性因素。渠基所含的水分大多为地面渗水或地下水位过高所致，当渠基土的初始含水量超过0.7WP-0.9WP时，导致土壤水饱和产生土体冻胀破坏。
2.3冻胀压力
冻胀压力产生的主要原因有：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土预制板长时间处于水下，材料中必定含有一定的水分，这一部分水在温度下降到0 ℃以下后凝结成冰，体积短时间内发生膨胀，当膨胀应力大于材料的膨胀系数时，混凝土产生裂缝。裂缝就成为渗水的又一通道，使得渠道渗水量增大，渠基含水量也逐渐增大，加剧了混凝土的冻胀破坏。②渠道停水后，残留的余水渗入混凝土预制板和渠道基础中，使得含水增大。特别是冬季结冰较厚时，冰块边缘与渠道衬砌混凝土接触面以下水量补充充足，冻胀加大，但较厚的冰层限制了混凝土预制板的伸缩，造成混凝土预制板在冰层接触处折断。③混凝土预制板与渠基土冻结成一体，当冻胀应力大于混凝土预制板在低温下的承受力时，混凝土预制板发生裂缝破坏。
2.4 介质温度
渠道基础土中的水分要凝结，就必须有一定的温度条件，土壤冻结的临界温度随着土壤类型不同而变化。一般砂土的临界温度为-0.20 ℃以下、壤土为-0.40 ℃以下、黏土为-0.70 ℃以下。西吉县属季节性冻土发生区域，随着温度的降低，地表温度由零上向零下转变，随着低温天气的持续，地表温度降低由浅层向深层发展，土壤冻结厚度逐步加大，每年1～2月为温度最低时段，此时土壤冻土深度达到最大130cm。还由于渠道的走向和方位不同，土体的温度也有差异。东西走向的渠道，受日照的时间不同，渠道两侧渠基土体温度也不同，冻胀量不均匀，易产生冻胀滑坡和渠道轴向位移；阴坡渠道比阳坡渠道冻胀严重，冻结历时长的年份比冻结历时短的年份严重；衬砌体薄而整体性差的冻害更严重，有地下水或外围水补给水分的渠道冻害最严重。
2.5 施工质量缺陷
混凝土预制板或U形槽在生产过程中由于水泥、砂石料、水的质量不合格，使得混凝土预制件本身的抗冻胀能力下降，也容易产生冻胀破坏。另外在渠道防渗衬砌的施工阶段，由于渠道基础素土未夯实导致基础密度低，水分易渗透，致使基础湿陷，强度降低，破坏了基础的支撑作用，从而使混凝土预制构件产生断裂、架空等破坏现象。
3 对策措施
3.1 健全制度，落实责任制
为使水利工程建设能够建得成、管得住、运行良好，就要建立健全各项规章制度，全面落实责任制，明确单位领导、项目负责人、工程技术人员和具体操作人员的责任，层层落实责任，并加强监督和检查，严格按照水利工程行业的规范和技术要求组织施工。
3.2 强化质量控制措施
工程质量控制要实行事先、事中、事后“三控制”。事先控制是开工前对施工企业提交的技术方案、技术措施、质量保证体系以及管理制度等进行审核，特别是对企业投入工程的技术人员的数量和素质提出具体要求；对用于工程的原材料、半成品、成品、设备和运到工地的机械进行控制，未经项目监理的同意，不得进入工地。
事中控制就是工序控制。工序控制实行“二级三检报验制”，它是保证工程质量的有效手段。
事后控制是对已完工的单元工程、分部工程和单位工程的质量继续进行观察、检测，收集运用过程中的情况，发现问题及时处理，同时对资料进行收集整理归档，及时组织有关人员检查验收。
3.3 因地制宜采用合理的渠道衬砌结构形式
干渠上一般采用梯形断面混凝土预制板衬砌、弧形坡脚全断面衬砌和U形全断面衬砌三种；支渠及下级渠道防冻胀衬砌模式，常采用U形、弧形坡脚全断面、梯形断面混凝土预制板衬砌、现浇混凝土加铺苯板和膜料等复合衬砌形式。
3.4 砂砾石基础垫层防冻胀法
在地下水位较高的渠段开挖后，将渠基土夯实并铺填厚度为300～500mm的砂砾石垫层，其上部铺设混凝土预制板或U形槽，用高标号砂浆勾缝，每10m设一道横向伸缩缝。
3.5 混凝土衬砌渠道的保温措施
混凝土衬砌渠道铺设聚苯乙烯保温板，平均1cm厚保温板可提高基土温度1.3—1.8℃。东西走向渠道阴坡为6.8-11.3cm，阳坡为5.0-11.7 cm；南北走向渠道阴坡为9.5-10.4 cm，阳坡为6.9-9.5 cm，随保温板厚度的增加冻深呈线性减少。在不同渠道走向，阴、阳坡保温板厚度不同，东西走向渠道阴坡上部铺设3 cm，下部铺设5 cm厚保温板，南北走向渠道阴坡上下部铺设5-8 cm，阳坡上下部铺设3-5 cm保温板，可基本上消除冻胀破坏。
3.6 对基土掺和土壤固化剂
土壤固化剂具有就地取材和、抗压、防渗、抗冻胀性能强、造价低、无污染等优点，是一种防渗固土的新材料，在中小型渠道的衬砌防渗中有很高的应用价值。
3.7 运行管理措施
渠道在运行过程中，每年应进行一次衬砌体检查和裂缝修补，使砌块缝间填料保持原设计状态，衬砌体的封顶应保持完好，不允许有外水流入衬砌体背后，并及时维修各种排水措施，保证排水通畅，冬季不流水渠道应停水后及时清障，不允许渠内和排水沟内积水。
4结束语
渠系工程在冬季运行过程中，渠系和建筑物均存在冻胀破坏问题，从而造成增加渠道灌溉成本、降低灌水效率、增加农民负担等一系列问题，对此，预防渠道冻胀破坏问题是水利技术人员在设计和施工当中长期研究的课题。各灌区应根据不同渠道、渠段的具体冻胀情况以及冻胀破坏的主要因素和经济条件选择合适的防冻措施。虽然在工程修建时由于采取了防冻保护措施，增加了工程造价，但由于避免了工程的冻胀破坏，降低了灌区每年的工程维修费用，延长了渠道的使用寿命，从长远来说还是经济的。工程技术人员和渠道管理人员在渠系工程的施工和运行管理过程中应严格执行相应的规范和管理条例，以保证渠系工程及其建筑物的安全运行。
出了具体的防治措施，对今后灌溉渠道防冻的设计、施工和运行管理工作具有一定的指导意义。
关键词： 渠道混凝土；破坏的原因；防治措施；西吉县
分类号：TV698.26
1 基本情况
西吉县位于宁南山区，地处内陆，属大陆性气候带的边缘，年平均降水量427.9mm，年平均气温南高北低，大部分地区在4—7℃，大于10℃的有效积温为2080.8℃，年日照时数2322.3h，无霜期短，平均100—150d，冻土层深68-106cm，全年多风，年平均风速2.2m/s。自然条件恶劣，水土流失严重，严重制约着当地的经济发展。
全县土地总面积3143.85km?，农耕地面积11.6万hm2，水库自流灌区有夏寨、马莲、什字、东坡等20处，实有灌溉面积0.91 万hm2，其中水库自流灌溉面积0.71万hm2，目前，已建成各类输水渠道483条989.74 km，其中采用混凝土板或U形槽衬砌长度为283.04km，衬砌率达28.6%。但由于灌区冬季气温较低，地下水位高，渠道冻胀破坏现象尤为严重。为此，针对渠道冻胀破坏情况，应结合实际，分析原因，区别对待，才能延长渠道使用寿命，提高输水能力，降低水量损失，从而可缓解灌区用水紧缺的局面。
2 渠道冻胀破的原因分析
通过对灌区混凝土预制板或U形槽衬砌渠道冻胀破坏现象、发生部位及特点的分析，认为衬砌渠道冻胀破坏的主要因素有如下几方面。
2.1 土质因素
在含水量、温度及其它条件相同时，不同的土质中水分迁移量是不同的。在极细的黏土中，仅有轻微的水分和冰析出，而在粉质土中可发生最强烈的迁移和冻胀性。而砂砾石土壤中一般不具冻胀现象，只有更细的充填物时，在冻结时水分迁移反而更剧烈。因此，不同的土壤其冻胀破坏现象是不同的，即：粉质黏土>壤土>砂壤土>砂土>砂砾。
2.2 土壤含水量
渠基土的含水量是渠道发生冻胀破坏的决定性因素。渠基所含的水分大多为地面渗水或地下水位过高所致，当渠基土的初始含水量超过0.7WP-0.9WP时，导致土壤水饱和产生土体冻胀破坏。
2.3冻胀压力
冻胀压力产生的主要原因有：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土预制板长时间处于水下，材料中必定含有一定的水分，这一部分水在温度下降到0 ℃以下后凝结成冰，体积短时间内发生膨胀，当膨胀应力大于材料的膨胀系数时，混凝土产生裂缝。裂缝就成为渗水的又一通道，使得渠道渗水量增大，渠基含水量也逐渐增大，加剧了混凝土的冻胀破坏。②渠道停水后，残留的余水渗入混凝土预制板和渠道基础中，使得含水增大。特别是冬季结冰较厚时，冰块边缘与渠道衬砌混凝土接触面以下水量补充充足，冻胀加大，但较厚的冰层限制了混凝土预制板的伸缩，造成混凝土预制板在冰层接触处折断。③混凝土预制板与渠基土冻结成一体，当冻胀应力大于混凝土预制板在低温下的承受力时，混凝土预制板发生裂缝破坏。
2.4 介质温度
渠道基础土中的水分要凝结，就必须有一定的温度条件，土壤冻结的临界温度随着土壤类型不同而变化。一般砂土的临界温度为-0.20 ℃以下、壤土为-0.40 ℃以下、黏土为-0.70 ℃以下。西吉县属季节性冻土发生区域，随着温度的降低，地表温度由零上向零下转变，随着低温天气的持续，地表温度降低由浅层向深层发展，土壤冻结厚度逐步加大，每年1～2月为温度最低时段，此时土壤冻土深度达到最大130cm。还由于渠道的走向和方位不同，土体的温度也有差异。东西走向的渠道，受日照的时间不同，渠道两侧渠基土体温度也不同，冻胀量不均匀，易产生冻胀滑坡和渠道轴向位移；阴坡渠道比阳坡渠道冻胀严重，冻结历时长的年份比冻结历时短的年份严重；衬砌体薄而整体性差的冻害更严重，有地下水或外围水补给水分的渠道冻害最严重。
2.5 施工质量缺陷
混凝土预制板或U形槽在生产过程中由于水泥、砂石料、水的质量不合格，使得混凝土预制件本身的抗冻胀能力下降，也容易产生冻胀破坏。另外在渠道防渗衬砌的施工阶段，由于渠道基础素土未夯实导致基础密度低，水分易渗透，致使基础湿陷，强度降低，破坏了基础的支撑作用，从而使混凝土预制构件产生断裂、架空等破坏现象。
3 对策措施
3.1 健全制度，落实责任制
为使水利工程建设能够建得成、管得住、运行良好，就要建立健全各项规章制度，全面落实责任制，明确单位领导、项目负责人、工程技术人员和具体操作人员的责任，层层落实责任，并加强监督和检查，严格按照水利工程行业的规范和技术要求组织施工。
3.2 强化质量控制措施
工程质量控制要实行事先、事中、事后“三控制”。事先控制是开工前对施工企业提交的技术方案、技术措施、质量保证体系以及管理制度等进行审核，特别是对企业投入工程的技术人员的数量和素质提出具体要求；对用于工程的原材料、半成品、成品、设备和运到工地的机械进行控制，未经项目监理的同意，不得进入工地。
事中控制就是工序控制。工序控制实行“二级三检报验制”，它是保证工程质量的有效手段。
事后控制是对已完工的单元工程、分部工程和单位工程的质量继续进行观察、检测，收集运用过程中的情况，发现问题及时处理，同时对资料进行收集整理归档，及时组织有关人员检查验收。
3.3 因地制宜采用合理的渠道衬砌结构形式
干渠上一般采用梯形断面混凝土预制板衬砌、弧形坡脚全断面衬砌和U形全断面衬砌三种；支渠及下级渠道防冻胀衬砌模式，常采用U形、弧形坡脚全断面、梯形断面混凝土预制板衬砌、现浇混凝土加铺苯板和膜料等复合衬砌形式。
3.4 砂砾石基础垫层防冻胀法
在地下水位较高的渠段开挖后，将渠基土夯实并铺填厚度为300～500mm的砂砾石垫层，其上部铺设混凝土预制板或U形槽，用高标号砂浆勾缝，每10m设一道横向伸缩缝。
3.5 混凝土衬砌渠道的保温措施
混凝土衬砌渠道铺设聚苯乙烯保温板，平均1cm厚保温板可提高基土温度1.3—1.8℃。东西走向渠道阴坡为6.8-11.3cm，阳坡为5.0-11.7 cm；南北走向渠道阴坡为9.5-10.4 cm，阳坡为6.9-9.5 cm，随保温板厚度的增加冻深呈线性减少。在不同渠道走向，阴、阳坡保温板厚度不同，东西走向渠道阴坡上部铺设3 cm，下部铺设5 cm厚保温板，南北走向渠道阴坡上下部铺设5-8 cm，阳坡上下部铺设3-5 cm保温板，可基本上消除冻胀破坏。
3.6 对基土掺和土壤固化剂
土壤固化剂具有就地取材和、抗压、防渗、抗冻胀性能强、造价低、无污染等优点，是一种防渗固土的新材料，在中小型渠道的衬砌防渗中有很高的应用价值。
3.7 运行管理措施
渠道在运行过程中，每年应进行一次衬砌体检查和裂缝修补，使砌块缝间填料保持原设计状态，衬砌体的封顶应保持完好，不允许有外水流入衬砌体背后，并及时维修各种排水措施，保证排水通畅，冬季不流水渠道应停水后及时清障，不允许渠内和排水沟内积水。
4结束语
渠系工程在冬季运行过程中，渠系和建筑物均存在冻胀破坏问题，从而造成增加渠道灌溉成本、降低灌水效率、增加农民负担等一系列问题，对此，预防渠道冻胀破坏问题是水利技术人员在设计和施工当中长期研究的课题。各灌区应根据不同渠道、渠段的具体冻胀情况以及冻胀破坏的主要因素和经济条件选择合适的防冻措施。虽然在工程修建时由于采取了防冻保护措施，增加了工程造价，但由于避免了工程的冻胀破坏，降低了灌区每年的工程维修费用，延长了渠道的使用寿命，从长远来说还是经济的。工程技术人员和渠道管理人员在渠系工程的施工和运行管理过程中应严格执行相应的规范和管理条例，以保证渠系工程及其建筑物的安全运行。