渠道防滲工程設計及凍害防治問題研究

謝 偉

(新疆匯通水利電力工程建設有限公司，烏魯木齊830000)

渠道防滲工程設計及凍害防治問題研究

謝 偉

(新疆匯通水利電力工程建設有限公司，烏魯木齊830000)

由于全球淡水資源的危機在不斷加劇，如何合理有效地利用水資源問題引起了世界各國的廣泛關注，并且提出了很多應對措施。其中，渠道防滲是節約用水、實現節水型社會的重要內容，在我國的節水工程技術中也是使用最廣泛的，它不僅可以減少灌溉用水的浪費，并且具有很大的節水潛力。在我國北方尤其是新疆等地的渠道防滲工程由于凍害原因而常發生滑塌等事故，為了避免凍害，我國在渠道防滲方面加強了研究，并采取了防止凍害的措施。

渠道防滲;凍害防治;措施;對策

1 渠道防滲工程的作用

我國是農業用水大國，其中農業灌溉所需要的用水量是最為龐大的，但在灌溉過程中，浪費現象非常突出，因此要采取有效的渠道防滲技術，降低滲漏所造成的損失，防治土地發生鹽堿化和沼澤化現象，保證渠道的安全運行，節省土地的開發投資。

2 渠道防滲工程凍害考慮的因素

2.1 氣候和地形條件

氣候條件是渠道防滲工程設計和施工時要考慮的基本因素，它對防滲材料的耐久性和工程防凍設計有決定性作用［1］。而地形條件是渠道防滲工程造價的重要因素，在渠道防滲過程中，埋鋪式膜料防滲渠道因流速小，多用于平坦地區;低壓管道、混凝土和輸水槽等防滲材質能快速的適應地形變化。

2.2 渠道地基的土質條件

渠道地基中的土質凍脹量大小決定著凍害的嚴重程度，這主要取決于土質所具有的凍脹敏感程度［2］。如果土質顆粒的粒徑＜0.01～0.05 mm，渠道土質就會發生凍脹，如果土質顆粒的粒徑在0.05～0.002 mm，其土質凍脹現象最為嚴重，而當土質顆粒粒徑＜0.002 mm時，其凍脹現象會相對減弱。因此，根據土質顆粒粒徑將土質成分又劃分為凍脹性土和非凍脹性土。

2.3 渠道水分條件

從渠道防滲工程的特點來看，水分條件是決定其凍害強弱的重要因素。工程的防水性能是否合格、地表排水是否通暢、水渠之間滲漏是否嚴重等問題，都由渠道的渠床含水量大小所決定的［3］。在冬季，渠床的地下水位的高低與渠道停水時間、有無冬灌行水和襯砌的防滲優劣是有直接關系，比如輸水渠道這樣的水利工程，因為經常與水接觸，在冬季負溫條件下也要通過輸水運用，因而，在土體凍結時，土的含水量就要大于起始含水量，否則會加劇凍脹和凍害現象［4］。如果地下水位較高，在凍結過程中，地下水因水分遷移不斷補充凍結鋒面，凍害就會更為嚴重。

2.4 渠道防滲材質

在很多渠道防滲工程中，所采用的防滲材料不適合，因凍害而發生問題。比如土料類防滲材料，因其耐凍性能差容易凍壞;在渠道防滲工程的防滲材料中混凝土是使用最廣泛的，但因不能有效地適應凍脹的不均勻變形而極易產生凍脹破壞。在新疆很多渠道防滲工程中就采用這種混凝土材質，比如新疆兵團農三師的小海子灌區、英爾曼支干渠，48團、50團、53團干渠防滲工程設計中都采用這種混凝土作為防滲材料。這種混凝土是由具有吸水性能的水、石、砂和水泥等材料構成，在溫度較低的條件下，體積就會不斷發生膨脹，在多次凍脹之后，融化后循環的反復，最終導致混凝土發生凍融破壞，在渠道防滲工程中會造成鼓脹及裂縫、架空隆起、滑塌等事故。

3 以新疆為例，提出防治渠道防滲工程凍害的對策

3.1 根據斷面形式采取相適應的措施

渠基土的凍脹是引起渠道防滲工程凍害的主要因素［5］。其中，防滲渠道的防滲材料和渠道斷面形式對所允許的凍脹變形應采取與之相適應的防治措施，而不同的防滲材料和渠道斷面形式對凍脹變形量是有標準的，見表1。

表1 防滲材料及渠道斷面形式所允許凍脹變形標準

1)在U型槽襯砌結構中，因渠底為U型半圓形斷面，鋪設聚乙烯塑料薄膜作為保溫層，整體性較好，可抵抗基土凍脹破壞能力，例如新疆石河子136團防滲支渠和新疆溫宿縣就是這種結構，這種方式達到設計目標，沒有產生過凍脹破壞現象。

2)在梯形弧形底的斷面結構中，因弧形底梯形斷面采用膜襯砌結構，可以有效緩解在凍脹過程中對土質造成的約束力，例如新疆五家渠的猛進水庫渠道防滲工程，它與猛進水庫一起建造于1954年，土渠全長24 km。由于該渠道在冬天是不進行輸水，故使用該結構為防止凍害，渠道使用十余年未出現凍脹破壞現象。

3)在弧形坡腳斷面結構中，主要增設縱向性的伸縮縫，在渠道底板下使用砂礫石和聚乙烯塑膜，為了適應凍脹發生變形，這種結構在使用中不會出現大凍脹位移對渠道造成損害，例如新疆喀什葉城縣的渠道防滲工程以及阿克蘇的沙井子灌區等渠道防滲工程中都采取這種模式，效果也非常好。

4)在梯形斷面結構中，以庫爾勒的白鷺河西尼爾水庫為例。在渠道防滲工程中，渠體采用塑料布防滲，預制混凝土六棱磚鋪面的結構形式，在防治凍害方面也取得很好的效果。

3.2 選用合適的渠道防滲材料

由于混凝土的變形能力相比粗顆粒土如粗砂、礫石等就顯得較弱，而粗砂、礫石等材質的凍脹值較小，其變形能力也就相對較大，滿足了在渠道設計中凍脹的不均勻變形，有效地防止了凍害現象的發生。所以，粒徑較大的風積沙和戈壁沙就被大量使用到新疆很多地區的渠道防滲工程中，比如新疆昌吉等地在渠道防滲工程中采用第四紀砂作為防滲防凍材料。

3.3 凍脹回避在渠道防滲工程中的運用

很多渠道會因自然條件而產生較大的凍脹現象，凍脹回避就是為了避開這些凍脹現象。因此，渠道在進行選線設計時就要選在脊梁地帶，避開高水位地段，渠邊多種樹木等方式，也可以通過暗渠輸水防凍脹，例如新疆烏魯木齊的頭屯河水庫，在該水庫的暗渠中就是使用凍脹回避的方式在渠道防滲防凍中取得了非常好的效果。

但必須注意，因為渠道凍害防治在渠道設計、渠道施工及渠道的運行管理中都有涉及，在使用凍脹回避措施時，就要嚴格對施工及運行過程進行控制，使渠道在使用過程中能夠安全運行。

4 結語

因渠道防滲工程技術涉及面廣，技術又復雜，因此，應將提高渠道防滲、抗凍害問題作為重點，加大渠道防滲工程技術的研究力度。

［1］石金堂.渠道防滲工程設計及凍害防治問題研究［D］.武漢:武漢大學，2004.

［2］陳亮，劉曉路，劉湘青，等.新疆地區襯砌渠道凍脹破壞及其防治措施［J］.中國農村水利水電，2004(09):78－80.

［3］陳軍.混凝土渠道防滲凍害產生的原因分析和防治維修［J］.西部探礦工程，2006(02):223－224.

［4］張雅玲.渠道防滲工程凍害原因分析及防治［J］.新疆農機化，2009(04):56－57.

［5］朱喜梅.淺議渠道防滲襯砌工程的凍害防治［J］.甘肅科技，2005，21(07):136 －137，112.

TV672

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1007－7596(2014)06－0165－02

2014－04－22

謝偉(1980－)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事水利工程施工工作。