凍土區渠道防滲工程凍脹的防治措施

□任 浩（塔里木河流域巴音郭楞管理局）

凍土區渠道防滲工程凍脹的防治措施

□任 浩（塔里木河流域巴音郭楞管理局）

在工程建設中，就凍土區渠道防滲工程凍脹防治舉措而言，工程人員可以依據不同的地理水文特征，通過對不同氣溫環境下凍脹程度進行合理分析，系統地采取回避凍脹、消減凍脹兩大體系處理防滲工程中的凍脹問題，運用切合實際的凍脹防治方案，在一定程度上增進我國渠道工程進度。

凍土區；防滲工程；工程凍瘡；防治措施

0 前言

就我國部分地理區域而言，每年冬季的平均氣溫都會達到0℃以下，造成渠道防滲工程出現凍脹現象，從而在一定程度上延緩了工程進度。最近幾年，渠道防滲工程的凍脹事故逐漸得到了各地工程人員的重視，文章將就渠道中的凍脹防治進行系統論述，有針對性地采用有效應對機制，在維系工程發展的同時，延續渠道工程的使用壽命。

1 渠道襯砌體的凍脹破壞分析

因為土質在低氣溫的影響下，常常會發生凍結或者是凍脹事故，而渠道襯砌體的原有質量相對較輕，難以抵御冷空氣的凍脹破壞，因此工程人員經常會遇到渠道襯砌體發生的凍脹事故。尤其是在具有季節性凍脹周期的地方，因會出現循環往復的凍脹情況，使渠道襯砌體凍脹情況得到了進一步加深。

1.1 混凝土的澆筑或者預制混凝土襯砌

預制混凝土襯砌是以一種具有剛性的襯器材質制作的，通常是6～7m的厚薄板塊，具有極強的抗壓能力。然而由于它面對凍脹破壞時，抗拉強度相對較低，因此很容易遭受破壞。

1.2 渠道截面襯砌的上揚

渠道襯砌體中，當渠道橫截面較為窄小的時候，其基土的凍脹情況基本是均勻分布，當整體的襯砌有較大的剛硬度時，在側面凍脹力以及基地凍脹力的共同作用，其整體的襯砌會向上揚起。例如：對于橫截面較為狹窄的U型混凝土渠道或者是渠道坡度較為短小的坡型渠道來說，在冷空氣的破壞下，會造成襯砌的上揚，當渠道襯砌向上抬起以后，在渠道內部水流的影響下，經常會發生坍塌、錯位的情況。

1.3 鼓脹和裂縫

在凍土區渠道防滲工程凍脹破壞中，凍脹出現裂縫的具體原因是渠道中存在不均勻的水溫分布，在襯砌體間所產生的凍結力的共同作用下產生了凍脹。通常情況下，凍脹裂縫一般會沿著渠道水流方向大范圍地呈現在混凝土現澆板塊上，裂縫的位置具體是在渠道底部以及板塊角落中1/3處的地方。當冬季渠道水流流動或者出現積水情況時，裂縫即會出現在流水周圍的渠坡表面。當混凝土砌塊長期處于低溫狀態的時候，它會因為無法適應溫度變化而產生形變，在板塊間產生橫向或者是縱向的開裂情況。時間久了，其板塊的腫脹會逐漸成為砌塊的腫脹。使渠道出現滲水、漏水問題，增加基土的含水容量，加大了基土的凍脹，使得渠道中的裂縫日漸擴張，破壞面積越來越大。

1.4 渠道混凝土襯砌體的架空

在寒冷的冬天，渠道在進行水流運行時，在水面上方1m左右的渠道坡口處，通常會出現混凝土襯砌突起架空的情況。就某市調查顯示，依據實際情況對渠道襯砌破壞原因進行核查，砌體的架空大體上是因為地基板面的凍脹引發，而冰蓋的壓力則是次要原因，它只能說是在原有凍脹破壞下加重了對管道的損壞。針對于地下水處于較高位置的渠道端口而言，它的渠道坡腳通常處于渠道底部，造成渠道管道拱起。

1.5 坍塌移位

在渠道混凝土襯砌體遭遇凍脹破壞時，渠道底部的基土也會出現嚴重的凍脹情況。具體而言，即渠道內部坡腳地方的混凝土板塊會立即隆起，逐步向頂部拱起，造成不同板塊間的搭架、錯位移動的現象。在渠道內部水流不斷沖洗的過程中，將混凝土板塊腐蝕、融解，使其向下凹陷。同時，由于渠道空間的上層部分遭遇伏凍土的阻止與隔絕，從而在一定程度上降低了混凝土板塊與基土間的摩擦力，使混凝土板塊不斷向下滑動，在渠道底部的堆積，使得襯砌整體遭遇損害。

2 防滲工程凍脹破壞的有效防治措施

就如何防治防滲工程中的襯砌腫脹凍害而言，系統地說，就是參與渠道整體規劃，在完善渠床運作時，優化渠道的排水機制，整合砌墻模式，運用高質量的工程材料，加強渠道的凍脹管理。總的來說即詳細考察防滲工程中的凍脹破壞，采取最具操作性的凍害處理模式。

2.1 規避造成渠道凍脹的影響因素

在渠道防滲工程規劃設計中，工程人員應盡量避免會造成渠道凍脹的影響。例如，應切實規避容易出現較大范圍渠道凍脹情況的自然環境，針對渠道凍脹常發區域，有效規避渠道凍脹中有可能出現對于襯砌工程造成影響的因素。對此，工程人員可以將渠道埋入地下通道、在地底自制渠槽或者是將渠道架空等手段進行防滲工程的凍脹破壞處理。

2.2 緩解防滲工程中的凍脹情況

就防滲渠道的建設而言，通常是采用弧形底梯形斷面以及U型斷面的模式，運作這種截面方式，更加有利于管道靠近渠道水源，有效地防止渠道凍脹情況的發生。就其建造理論分析得出，渠道底部具有相對較好的反拱能力，可以均勻受力，對于低溫天氣有較好的抵抗力，同時具有較強的應對外界凍脹破壞的機能。比如：在防滲工程中，U型渠道的應用是較為普遍的，有很強的防凍脹能力，在遭遇冷空氣襲擊的時候，渠道整體都會向上揚起，在天氣轉暖之后，凍脹部位即可恢復原形，相較于梯形渠道來說，它就不那么容易遭遇凍脹破壞了。

2.3 選用科學的襯砌機構模式

在防滲渠道建設中，對于冬天渠道內部的防凍害處理，其工程人員應具體做到在處理渠道內部防滲排水難題的同時，盡量降低渠道流水水位，從而進一步降低基土含水容量。對此，工程人員應做到：第一，在防滲工程施工中，施工人員應在襯砌底部鋪滿土工膜材料，阻隔由于管道滲水或者是降雨給渠道帶來的水源供給，從而降低渠道水位，緩解渠道腫脹情況的破壞力。與此同時，土工膜材料的采用能較好地阻隔較低氣溫，防范地下水的遷移活動，降低渠道腫脹程度。第二，在渠道襯砌底部鋪上一系列保溫材料，例如：爐渣、玻璃纖維以及聚苯乙烯泡沫板等，從而為渠道中渠床進行保溫，幫助它更好地抵制冷空氣的影響，使其有效緩解渠道腫脹。比如聚苯乙烯泡沫板的渠道防凍害處理已被廣泛運用于渠道防滲建設中，它能緩解冷空氣對渠道的凍害，對處理凍脹具有非常好的效果。為此，有關專家依據聚苯乙烯泡沫板的實用情況做出實驗對比，結果表明聚苯乙烯泡沫板厚度每增加1cm，可減少1/10左右的凍脹深度。第三，采用化學材料治理防滲工程的凍脹危害，具體而言就是將氯化鈣、氯化鎂等融入渠道基底建設中，從而降低渠道水的凝聚點，增加基土的含水量，使得渠道在發生凍結現象的時候，不會過多地造成水分轉移，能更好地幫助防滲工程建設緩解凍脹狀況。第四，更換材料，將渠道襯砌板底部的凍脹性土替換成為能有效防止凍脹事故發生的非凍脹性材質，在出現凍脹情況較為嚴重的地方，一般可以在渠道底部鋪設砂礫石墊層。第五，在凍土區渠道防滲工程建設中，工程人員應做到運用碾壓機械壓制的土質材料，增進渠床材質密度，在縮減土質間隙的基礎上，抵制水體進入土質層。事實上，土質很難產生凍脹破壞，由于襯砌板自身質量相對較輕，因此在實施防凍害措施的時候，其壓制最好能夠達到99%，使干密度高于1.60。第六，增進防凍脹管理舉措。在防凍脹施工中，除了工程設計以及工程施工以外，加強工程管理機制也是極其關鍵的，尤其是渠道的運作管理。就寒冷氣候下進行水循環的渠道而言，工程人員應切掉水源流動，盡可能降低土質中的含水容量。簡而言之，應積極關注水體中存在的結冰或者是排冰的情況，及時規避凍脹對于渠道的損害。同時不定時地改變渠道水流運作方向，造就新的渠道流動模式，從而更好地處理防滲工程中的凍脹危害。

3 結語

在我國,凍土地區和季節性凍土地區占國土總面積的3/5,渠道混凝土襯砌工程普遍存在著嚴重的凍害問題。而導致渠道凍脹破壞的原因有很多，所以必須在設計、施工、管理各方面下功夫。在實際選擇防凍措施的時候，應根據當地氣溫、地下水位、土質、多年平均凍深等情況，合理地選擇防凍脹措施，這樣不但可以增加它的可行性，同時也可以減少投資，達到最佳的效果。具體而言工程人員應不斷創新，從新方法、新工藝、新材料上做出突破，創造出更具操作性，更加實用的防凍脹措施，真正地從根本上解決渠道襯砌工程的凍害防治問題。

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