引水渠道防滲工程的凍害成因及防治措施

劉洋

【摘要】引水式渠道經(jīng)常需要在冬季過水，因而會常常碰到渠床凍結(jié)、渠道冰凌對渠道防滲工程的破壞問題，嚴重影響工程運行的安全。因此，在工程設計、施工和運行階段，必須搞好防治凍害的工作。本文依據(jù)有關規(guī)范和資料，闡述引水渠道防滲工程的凍害成因及其防治措施。

【關鍵詞】防滲工程;防凍害

導言

我國屬于溫帶國家，絕大部分地區(qū)的冬季氣溫都要降到零下，負氣溫對引水渠道防滲襯砌工程，有著一定的破壞作用。尤其是在北方，凍土區(qū)地表層存在冬凍春融的凍結(jié)融化層，土體發(fā)生的物理力學性質(zhì)的擠壓和減壓變化，直接影響著上部建筑物的穩(wěn)定性，當水面負溫時，即開始結(jié)冰，經(jīng)過冰絮、岸冰、流冰，封凍、解凍等過程，流冰中的冰塞、冰壩和壅高將對渠道上的防滲工程起到嚴重的破壞作用。因此在引水渠道防滲工程的設計、施工和運行中必須研究防治凍害問題。

1、渠道防滲工程凍害的主要原因

1.1 渠道防滲材料的凍融破壞

引水渠道經(jīng)常需要在冬季過水，同時渠道防滲材料具有一定的吸水性，因此材料內(nèi)總是含有一定的水分，這些水分在負溫下凍結(jié)成冰，體積發(fā)生膨脹，當這種膨脹作用引起的應力超過材料強度時，就會產(chǎn)生裂縫并增大吸水性，在第二個負溫周期中，結(jié)冰膨脹破壞的作用更為加劇。如此經(jīng)過多個凍結(jié)～融化循環(huán)和應力的反復作用，最終導致防滲材料的凍融破壞。

1.2 渠道中水體結(jié)冰造成渠體防滲工程的破壞

冬季渠道過水時，遇到一次寒流氣候或連續(xù)多日的負溫，冰體由岸冰向渠中心擴大，形成封凍冰蓋，冰層加厚，對兩岸砌體產(chǎn)生冰壓力和冰推力造成襯砌體破壞或?qū)⑵鰤K推上坡;當水面封凍時，上游的浮冰源源不斷而來，鉆到冰面以下或以上，浮冰和冰塊在建筑物前（如橋、閘）或渠道拐彎處積累，減小過水斷面，逐漸封堵形成冰塞、冰壩，水流將漫溢渠頂造成決口，或水從襯砌體背后流入地下，帶走基土中的細粒，造成渠床土壤中的空洞，使襯砌發(fā)生破壞。

1.3 渠道基土凍融對防滲體工程的破壞

由于渠道的滲漏，地下水和其他水源補給，渠道基土中含水量比較高，同時溫度又比較低。負溫、土質(zhì)和水分是導致基土凍結(jié)的三大要素。土體含水量高、渠道水滲漏、地下水位上升，在負溫情況下土壤水凍結(jié)而土體膨脹，使剛性襯砌體開裂、隆起;在春季消融時，土體失去強度，使襯砌體塌陷或滑動。襯砌體開裂、隆起、塌陷和滑動的結(jié)果，造成襯砌體破壞、防滲膜料外露、破壞和老化，導致渠道滲漏，修補也十分困難。

2、渠道防滲工程的防凍害措施

2.1 回避凍脹法

回避凍脹是在規(guī)劃設計中，盡量避開出現(xiàn)較大凍脹量的自然條件，或者在凍脹性土區(qū)，注意避開凍脹對渠道襯砌工程的作用。在選擇渠線時盡量避開出現(xiàn)較大凍脹量的自然條件，如選擇透水性較強（如砂礫石）、地下水埋深大、地形較高的地帶;在工程措施設計時可以選擇埋入、置槽、架空等形式，盡量避開和減少與凍脹土的接觸。

2.2 適應凍脹法

適應凍脹法主要是優(yōu)化結(jié)構(gòu)，就是在設計渠道斷面和襯砌時，采用合理的形式和尺寸，使其具有削減、適應或回避凍脹的能力。生產(chǎn)實踐表明，如斷面結(jié)構(gòu)采用弧形、弧形坡腳梯形、整體式混凝土U形槽斷面、矩形斷面擋土墻式等結(jié)構(gòu)，調(diào)整剛性材料襯砌板縱橫縫的距離、伸縮縫、收縮縫的縫形、縫寬和填充材料，這些形式都能有效地防止襯砌板隆起、裂縫，以適應削減凍脹變形。

2.3 削減凍脹法

當渠基出現(xiàn)最大凍脹量，襯砌體在凍脹融化的反復作用下，產(chǎn)生凍脹累積變形和殘余位移破壞。在采用適應、回避等方法在技術(shù)經(jīng)濟等方面難以解決時，應采用削減凍脹法，將渠基的最大凍脹量削減到襯砌結(jié)構(gòu)允許位移范圍內(nèi)。削減凍脹可分為置換法、隔熱保溫法、化學處理法、壓實法、防滲法等幾項措施。

2.3.1 置換法

置換法是在凍結(jié)深度內(nèi)將襯砌板下的凍脹土換成非凍脹性材料的一種方法。通常又稱鋪設砂礫石墊層。置換法的前提是保持排水通暢，而不使細顆粒淤塞，施工時可視材料級配情況設置防濾層或土工織物防濾布。該法在當?shù)鼗蚋浇休^豐富的非凍脹性土資源條件且成本較低時可優(yōu)先采用。

2.3.2 隔熱保溫法

隔熱保溫法是將隔熱保溫材料布設在襯砌體下部，以消減凍深和凍脹，相應減小置換深度，隔斷下層土的水分補給，從而減輕或消除渠道的凍深和凍脹。新型保溫材料價格較高，一般在其它防凍方法不經(jīng)濟時或遇到凍深較大，缺少砂石地區(qū)或地水淺埋地區(qū)才采用的方法。

2.3.3 化學處理法

化學處理法是將化學材料注入或埋入渠床基土中，使土中水的冰點降低，或者增強土的憎水性，使凍結(jié)時不會發(fā)生水分遷移現(xiàn)象，從而大大減輕或消除凍脹。因此，土體就不會或很少發(fā)生凍脹。但化學處理法的耐久性較差，費用較高，適宜經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)。

2.3.4 壓實法

壓實法是利用碾壓機械的壓實功能，使土的干密度增加，降低孔隙率、減弱透水性，具有阻礙水分遷移聚集，從而削減凍脹能力，達到防止凍害的目的。根據(jù)規(guī)范要求，土的壓實度不低于0.98，干密度不低于1.6 t/m3，且不小于天然干密度的1.05倍，壓實深度應大于或等于置換深度。

2.3.5 防滲法

防滲法是用塑料薄膜、人造橡膠等膜料，設置隔水層，隔斷渠道滲水、大氣降水和地下水等對凍結(jié)層的補給，使渠基中的濕度低于起始凍脹含水量，從而消除凍脹。因此，防止渠水的地表水入滲、隔斷水分對凍層的補給，是防止地基凍脹的根本措施。

參考文獻：

[1] 水利部科教司.渠系工程抗凍設計規(guī)范（SL-23-91）[M].北京：中國水利電力出版社，1991.

[2]水利部東北勘測設計研究院.水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范（SL-211-98）[M].北京：中國水利電力出版社，1998.

[3]童長江，管楓年.土的凍脹與建筑物的凍害防治[M].北京， 北京：中國水利電力出版社，1985.

[4]李安國，建功，曲強.渠道防滲工程技術(shù)[M].北京： 中國水利電力出版社，1998。

[5]全國渠庫科技信息網(wǎng).渠庫防滲論文集[M].西安： 三秦出版社，1994。