新疆某灌區(qū)渠道凍脹破壞分析及防治措施

【摘要】本文根據(jù)新疆某灌區(qū)的渠道凍脹問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，找出渠道凍脹破壞的誘因和導(dǎo)致病害的具體原因，并探討利用聚苯乙烯合成的泡沫板進(jìn)行一定防凍脹保護(hù)，以期起到借鑒和參考作用。

【關(guān)鍵詞】渠道；凍脹破壞；防治措施；聚苯乙烯泡沫板

1、工程概況

新疆某灌區(qū)灌溉面積134.42萬(wàn)畝。該灌溉渠道歷經(jīng)幾十年，渠道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及渠道建筑物都出現(xiàn)了凍脹破壞的現(xiàn)象，致使灌區(qū)不能正常的運(yùn)作。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：渠口寬2.11m，渠深0.69m，邊坡系數(shù)1.25，沙礫石墊層厚度0.4～0.7m。

2、渠道凍脹破壞原因分析

造成渠道凍脹破壞的三個(gè)主要誘因：（1）穩(wěn)定持續(xù)的負(fù)溫環(huán)境；（2）有充足的水分補(bǔ)給通道，容納自由水和毛細(xì)水的存在；（3）土壤內(nèi)的顆粒成分、礦物成分等物理力學(xué)特性需要符合凍土特性。由于我們分析的這片灌區(qū)以上三條都存在，且地下水位較淺，所以中下游的渠道東凍脹破壞非常的嚴(yán)重，外界的自然環(huán)境造成凍脹現(xiàn)象的基數(shù)也就隨之增大。渠道層多次發(fā)生大水漫溉，土質(zhì)中又有十分充足的自由水與毛細(xì)水補(bǔ)給，各方面因素同時(shí)作用，直接導(dǎo)致了冬季持續(xù)低溫的時(shí)候土體的膨脹，造成渠道的凍脹破壞。

3、渠道凍脹破壞防治

3.1 次斷面換填

該方法是指使用砂礫、石料等不具備凍脹特性的土料將邊坡襯砌板下的具有凍脹特性的土料替換，渠底的土料并不用進(jìn)行替換，替換的土料厚度必須在現(xiàn)場(chǎng)最大凍土層厚度的三分之二以上。經(jīng)過(guò)土料的替換，渠道邊坡襯砌板下方負(fù)溫區(qū)域內(nèi)的土層雖依然會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)，但并未發(fā)生膨脹變形，如此一來(lái)水位線(xiàn)上不的邊坡襯砌板也就不不會(huì)出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象了。

3.2 邊坡隔熱保溫

該方法是指鋪設(shè)襯砌板前在其下方預(yù)設(shè)保溫層，保溫層起到隔熱保溫的作用，從而確保渠道邊坡在冬季時(shí)襯砌板下部不會(huì)出現(xiàn)正負(fù)溫度區(qū)域隔層，從而杜絕發(fā)生凍脹破壞現(xiàn)象的可能。而關(guān)于所選用的隔熱保溫層材料及保溫層厚度則需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)來(lái)得出。

（1）隔熱保溫層材料的選擇

鋪設(shè)在邊坡襯砌板下方的隔熱保溫層在實(shí)際使用中會(huì)長(zhǎng)期處于極度潮濕乃至完全充水的環(huán)境中。有鑒于此，在隔熱保溫材料的選擇上首先必須確保所選擇的隔熱材料即有著極低的導(dǎo)熱性能，同時(shí)還應(yīng)具備良好的隔水性能，絕對(duì)不會(huì)吸收濕氣。再者，鑒于施工環(huán)境及地質(zhì)條件的不確定性，所選擇的隔熱保溫材料還應(yīng)具備良好的柔性與彈性，從而方便施工的順利進(jìn)行，以及避免隔熱層下部的含水土層發(fā)生部分凍結(jié)后對(duì)保溫層造成破壞，進(jìn)而影響襯砌板?；谶@些需求，最后選定的隔熱保溫材料為苯乙烯泡沫塑料板，即俗稱(chēng)的苯板。這種材料不僅導(dǎo)熱性差、容重小、不吸水、具有良好的彈性與柔性而且其加工極為便捷，可以依據(jù)工程需求直接生產(chǎn)不同厚度與不同規(guī)格的苯板，此外苯板的生產(chǎn)成本也相對(duì)較低，可以說(shuō)當(dāng)前情況下最為理想的隔熱保溫層選材。

（2）隔熱保溫層厚度計(jì)算

隔熱保溫層計(jì)算原理為：在完全相同的土質(zhì)、含水率、補(bǔ)水條件以及負(fù)溫等環(huán)境條件下，隔熱保溫層所發(fā)揮的作用等同于施工地最大凍土層所能發(fā)揮的作用，即兩者均可使其下部的土層不發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。保溫層厚度的計(jì)算就以此為依據(jù)，通過(guò)相同的熱阻可轉(zhuǎn)換求得隔熱保溫層的等效厚度，具體計(jì)算如下所示：

施工地最大凍土層對(duì)應(yīng)熱阻

②隔熱保溫層熱阻

當(dāng)兩式相等，即HKz+Rw=DKi+Rcw時(shí)，隔熱保溫層剛好起到與最大凍土層相同的保溫效果。而依據(jù)設(shè)計(jì)要求，隔熱保溫層保溫效果應(yīng)優(yōu)于最大凍土層實(shí)際效果，即隔熱保溫層厚度為：

鑒于渠道邊坡表層均鋪設(shè)有襯砌板，也就是說(shuō)凍土層與隔熱保溫層的表層散熱阻均為0，所示公式（3）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為下式：式中最大凍土層厚度即可依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料選取 。

4、結(jié)論

在本灌區(qū)中，通過(guò)該渠道的抗凍脹破壞防治中，在對(duì)灌區(qū)支渠的凍脹防治中應(yīng)用上述兩種方法，并有效結(jié)合運(yùn)用，其凍脹災(zāi)害獲得了良好的治理，在后續(xù)使用中，未再出現(xiàn)渠道邊坡襯砌板凍脹破壞現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳亮，劉曉路，劉湘青，任齊全. 新疆地區(qū)襯砌渠道凍脹破壞及其防治措施[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2004，09：78-80.

[2]高英利. 寒冷地區(qū)渠道防滲工程凍脹破壞及其防治措施[J]. 水利建設(shè)與管理，2013，03：75-78.

[3]廖云，劉建軍，陳少峰. 混凝土渠道凍脹破壞機(jī)制與抗凍技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 巖土力學(xué)，2008，S1：211-214.

作者簡(jiǎn)介：李銳，男，（1984.11—），新疆阜康人，畢業(yè)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)水利工程。