渠道凍脹破壞的原因分析及防治措施

【摘要】在渠道的使用過程中，由于受自然氣溫的影響，地基土每年都處于凍融兩種狀態而造成渠道的凍脹破壞簡稱凍害。不斷的改善渠道凍脹破壞問題，可以有效的加強施工的質量，因此本文主要針對渠道凍脹破壞形成的原因以及對其進行有效的防護措施進行探討。

【關鍵詞】渠道凍脹；破壞原因；防治措施

1、前言

伴隨季節的變化，一進入冬季北方地區就進入了寒冷季節。對于建筑物施工過程在冬季普遍出現的問題就是凍脹問題。渠道凍脹主要是因為渠基土其受凍體積膨脹頂托襯砌而形成，迫使已經修建的渠道受到影響。這種渠道凍脹破壞在一定程度上使其使用壽命大大的減少。

2、渠道凍脹破壞的原因

2.1土質問題

土質在含水量，冷卻溫度以及其它條件相同時，不同的土質中水分遷移量是不同的。在粘土特別是極細碎的粘土中，僅有輕微的水分遷移和冰析出而在粉質粘土中可發生最強烈的遷移和凍脹性，因此這種土壤為最具凍害的凍脹性土。礫石土壤一般認為不具凍脹，但當有更細的充填物時，在凍結時水分遷移反而更劇烈。

2.2水質問題

土壤中的水分包括結合水和自由水，自由水又分為重力水和毛細水，產生凍脹的是自由水，而不是結合水。土壤的含水量是研究凍土內在規律的重要指標，凍土中水分是最活躍的因素，它隨深度的不同和季節的變化而不斷的改變。從物理學中可知，液態純水在標準大氣壓下溫度達到0℃時便會凍結成固態的冰，體積增大9%左右，密度減小8%。土中的原駐水的含水量不大時，土中水結成冰體積增大，只是降低孔隙率；只有當含水量超過一定界限時，產生土體膨脹，土凍結才能引起地表隆起，這個含水量叫做起始凍脹含水量。

2.3溫度問題

介質溫度愈低，土中水分相變成冰愈多，凍脹愈強。此外，作用在凍土上的荷載，會減弱水分遷移和凍脹作用。土體密度大于1.6t/m3時，也可使凍脹明顯減弱。渠道襯砌工程凍害規律一般呈現為，陰坡比陽坡嚴重，凍結歷時長的年份比凍結歷時短的年份嚴重，襯砌體薄而整體性差的凍害更嚴重，有地下水或外圍水補給水分的渠道凍害最嚴重。

2.4壓力問題

凍土層頂部的膨脹變形如果受到限制，就會產生巨大的壓力，稱為凍脹力。習慣上，把沿基礎側面作用的凍脹力稱作切向凍脹力，把沿基礎表面（包括底面和側面）法線方向作用的凍脹力稱作法向凍脹力。土層在切向凍脹力的作用下極易失穩，失穩的結果便導致邊坡襯砌板產生隆起架空和坍塌破壞。

3、渠道凍脹破壞有效控制措施

渠道的凍脹破壞主要與四個基本因素密切相關，即水分因素、土質因素、氣溫因素、渠道受力條件等。改善其中一個因素，便可起到防治凍脹的效果。由于渠道襯砌厚度較薄，重量較輕，采取抵抗性措施是不經濟的，因此必須從以下三方面因地制宜地選用經濟合理的一種或多種措施。

3.2適應

即主要是應用渠道建筑材料、斷面結構和襯砌分縫來適應凍脹變形，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型式。對于剛性材料襯砌渠道，調整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，防止襯砌板隆起、裂縫，以適應削減凍脹變形。

3.2回避

即在渠道襯砌工程的規劃設計中，注意避開出現較大凍脹量的自然條件，或者在凍土區注意避開凍脹對渠道襯砌工程的作用。在選擇渠線時，選擇透水性較強、地下水埋深大、地形較高的地帶，盡可能避開粘土、粉質土、淤土、沼澤和高水位地段，并盡可能采用挖方渠道。在工程措施設計時選擇管道、暗涵和采用樁、墩基礎和架空等結構，盡量避開和減少與凍脹土接觸的凍脹影響。

3.3削減

即當渠道產生的最大凍脹變形量較大，且由于地形、地質及渠線布置等原因不能有效回避凍脹的條件下，可采用適當的方法，將渠床基土的最大凍脹量削減到襯砌結構允許變位范圍之內，以減小凍脹對襯砌結構的破壞作用。削減凍脹可分為置換砂礫墊層、隔熱保溫、壓實干密度、防滲排水等幾項措施。

4、具體防治措施

4.1采用現澆混凝土防滲抗凍渠道

現澆混凝土渠道自重大、剛度強、結構性能好、抗滲能力強，從而降低基土的含水量，有效地防止了凍脹的破壞。但是容易在應力集中的部位產生裂縫、維修難度大、維修養護費用高。這種方式適用于高填方、地基穩定地段及砂礫石透水地基。

4.2采用漿砌石防滲抗凍渠道

灌區的凍脹破壞區主要集中在表層下40cm的范圍，而砌石厚度一般在30cm～40cm。這種防滲抗凍襯砌方式具有工程整體性較好、抗凍能力強的特點。在工程運行中使用壽命較長。

4.3采用弧形渠道斷面結構形式

梯形段面的渠道由于存在折角而受力不均勻，易在渠道中部、坡腳30cm處發生凍脹，渠道底部隆起。采用弧形斷面的渠道，由于拱形的作用可以有效地防治凍脹，而且弧形渠道的受力比較均勻，過水斷面水力條件好，適應黃土地區灌區渠道改造。

4.4選用適當的防滲抗凍措施

1）、渠道基礎夯實防滲抗凍。基土翻夯50cm處理，使夯實土方干容重1.5t/m3以上，有效地增強基土的粘聚力，降低持水度，上鋪防滲膜，提高抗滲性，減少基土的含水量。

2）、防滲抗凍材料的特點。砂礫石，碎石，具有良好的防滲效果，聚乙烯薄膜使用方便，工程中通常為了保護薄膜，通常采用兩布一膜，或一布一膜，在上面采用壓土，現澆砼等方式；苯板使用方便，防滲效果佳，是防滲抗凍的最佳選擇材料。

3）、選用適當的防滲襯砌技術措施。近年來，隨著科學技術的發展，我們逐步改變了渠道防滲抗凍技術措施，主要采用渠道斷面結構形式由梯形改為弧形斷面，復合土工膜作為防滲體，M10砂漿襯砌混凝土塊，取得了良好的防滲抗凍效果。

4）、換基處理。在深挖方地段和回歸水較多的地段，應在復合土工膜下用砂礫石做換基處理，增強材料抗凍性。

4.5加強工程管理，減少渠道凍脹破壞

在渠道工程建設管理中，要保證工程質量，確保防滲層的整體性。混凝土塊之間的勾縫要密實，瀝青砂漿伸縮縫處理達到設計要求。在渠道工程運行期間要勤檢查，發現有裂縫或者空洞要及時修復，采取相應的技術措施進行處理。在灌溉管理中，冬季灌溉期間，合理調度，提早結束冬灌，有效避免凍脹破壞。

參考文獻：

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