引水渠道防滲工程的凍害成因及防治措施

劉洋

【摘要】引水式渠道經常需要在冬季過水，因而會常常碰到渠床凍結、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。本文依據有關規范和資料，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，凍土區地表層存在冬凍春融的凍結融化層，土體發生的物理力學性質的擠壓和減壓變化，直接影響著上部建筑物的穩定性，當水面負溫時，即開始結冰，經過冰絮、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，因此材料內總是含有一定的水分，這些水分在負溫下凍結成冰，體積發生膨脹，當這種膨脹作用引起的應力超過材料強度時，就會產生裂縫并增大吸水性，在第二個負溫周期中，結冰膨脹破壞的作用更為加劇。如此經過多個凍結～融化循環和應力的反復作用，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，對兩岸砌體產生冰壓力和冰推力造成襯砌體破壞或將砌塊推上坡;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、土質和水分是導致基土凍結的三大要素。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

回避凍脹是在規劃設計中，盡量避開出現較大凍脹量的自然條件，或者在凍脹性土區，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化結構，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。生產實踐表明，如斷面結構采用弧形、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構，調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

當渠基出現最大凍脹量，襯砌體在凍脹融化的反復作用下，產生凍脹累積變形和殘余位移破壞。在采用適應、回避等方法在技術經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構允許位移范圍內。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

置換法是在凍結深度內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。該法在當地或附近有較豐富的非凍脹性土資源條件且成本較低時可優先采用。

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濟時或遇到凍深較大，缺少砂石地區或地水淺埋地區才采用的方法。

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，使凍結時不會發生水分遷移現象，從而大大減輕或消除凍脹。因此，土體就不會或很少發生凍脹。但化學處理法的耐久性較差，費用較高，適宜經濟較發達地區。

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。根據規范要求，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。

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