渠道防冻胀技术措施

渠道防冻胀技术措施

摘要：冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题，文章分析了

渠道冻胀机理，针对渠道的防冻胀措施进行了分析与探讨。

关键词：渠道；防冻胀；措施

abstract:thefrostheavingdamageiscoldareaschannel

constructionofadifficultproblem,thispaperanalyzesthe

channelfrostheavingmechanism,inviewofthechannelof

antifreezeexpansionmeasuresareanalyzedanddiscussed.

keywords:channel;antifreezeexpansion;measures.

中图分类号：tu74文献标识码：a文章编号：2095-2104()

1渠道冻胀机理

渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致。

渠道防冻胀处理可通过变化渠道构造形式、变化渠基土体的基本构

造、使用新型建筑材料等措施来实现。对渠道防冻胀处理方式的选

择，关系到渠道的造价和施工的难易，应在此后的渠道设计与施工

中不停地总结经验，深入完善新型材料的防冻理论和总结实际运用

经验，为新型防冻材料的大面积推广应用雯供条件。

渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土

受冻体积膨胀必须具有如下条件：①寒冷气候区持续的负温条件；

②土壤中自由水和毛细水的存在，并且有畅通的水分补给通道；③

土壤自身的物理力学性质，包括土的颗粒构成，矿物质成分等。在

以上三个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的先决

条件，也是必备条件。在整个胀破坏过程中，水是最活跃的原因。

假如地下水埋深浅，土壤颗粒细，土体中自由水和毛细水的补给十

分充足。一旦气温下降至零度如下，土体中的自由水和毛细水的体

积受冻膨胀，引起土体膨胀，顶托衬砌，破坏渠道。冻胀破坏不仅

发生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，

毛细水的冻胀性也不容忽视。

2渠道防冻胀处理形式及比较

2.1渠道防冻胀处理形式

渠道防冻胀处理可通过变化渠道构造形式来实现，即用“u”形或

矩形断面来替代梯形断面。但这种处理形式只合用于小渠道，流量

不不小于lm3/s的渠道°对于大渠道来说，若采用这种处理方式，

难免会导致造价增长和施工难度的加大。

从上述导致土体冻胀的的三个基本原因中，只有三个原因同步具

有，才发生冻胀破坏。只要消除其中一种原因，就能防止和减轻冻

胀危害。从一般的气候条件来看，外部温度不达负温是不也许的,

因此只有采用保温措施到达内部不负温。力断冻土地基在冻结前、

后的水分补给是防冻胀处理常用的措施，此外变化渠基土体的基本

构造也是保证土体非冻胀性的一种措施。

要切断冻土地基在冻结前后的水分补给，一般是采用高填或排水措

施来减少水分的补给。不过由于土体颗粒及物理力学性质的决定，

毛细水的作用不可忽视。毛细水往往上升至地下水面以上2〜3m的

平面上，同样会对渠基产生冻胀破坏。因此对于细颗粒土体，要完

全切断水分的补给是不现实的，毛细水的冻胀破坏不容忽视。

变化基土的基本构造的措施是进行渠基土的换填，就是用大颗粒的

土体填入渠基，将本来的细颗粒土体挖走。这种换填工程量较大，

换填厚度一般要不小于等于冻土深度。假如在冻土深度小的地区使

用尚可，若在冻土深度较大的地区使用，往往工程量是很大的。

从目前状况看，任何工程要主线回避和处理冻胀三原因之一，在考

虑经济条件和节省投资的状况下，都是汴常困难和把握不住的。因

此在实际工作中，往往将几种工程措施结合起来使用。即以回避一

种原由于主，辅之以回避另一种原因的综合措施进行防冻胀处理。

如在两侧开挖排水沟减少水分补给的同步，对基土进行一定厚度的

换填。用砂或戈壁层加塑膜进行保温，以减少冻胀破坏。

近年来，伴随新型建筑材料的问世，苯板越来越多地应用于渠道的

防冻胀处理。苯板防冻胀的重要机理是它具有保温的功能，保证了

渠基土不受负温的影响，同上述砂或戈壁层加塑膜保温的原理是司

样的。根据既有对苯板的防冻试验资料，10cm厚的苯板可起到100cm

厚砂或戈壁层的保温效果。远不小于或相称于5〜10cm厚戈壁、砂、

塑膜的保温效果。

2.2渠道防冻胀处理形式比较

在高地下水位区，虽然采用了断绝土壤中水分补给的措施，仍难以

保证制止毛细水的上升，因此还必须采用其他防冻胀处理形式。

对渠基土进行换填是一种防冻胀的处理形式，它即变化了渠基土的

构造，又具有一定的保温作用。它的长处是：①当渠道附近有大量

换填材料时，造价也许廉价；②由于对渠基进行了彻底换填，当质

量到达规定期，可保证渠道永久不受冻胀危害。同步也具有如下缺

陷：①由于换填厚度大，土方工程量较大，当换填材料运距较远时，

造价较高；②施工难度大，清除了渠基原土，换填后的砂、戈壁料

难以进行扎实，要到达施工规范规定，难度较大；③换填料的质量

难以把握，规定回填含土量不不小于5%的料。采用天然材料•，很难

寻找料源。若采用人工加工料，则不经济。

若不采用基土回填，只铺设苯板保温，防止渠基土冻胀也是近年来

渐渐采用的一种防冻胀处理形式。它只有保温作用，不对基土进行

回填。具有如下长处：①抗冻效果好，采用10cm的紫板即到达了

换填100cm砂或戈壁料的保温效果；②施工以便，渠道开挖断面小。

不对基土进行扰动，直接将苯板置于基土上，在苯板上直接进行衬

砌材料的施工；③在一定条件下造价廉价，使用的施工机械少，人

工省。采用苯板，不进行基土换填，防止了大量土石方机械的使用。

当基土换填材料运距不小于一定距离时，其造价低的优势立即显

现。苯板防冻胀材料的缺陷是：在一定条件下，同换填相比，造价

较高。当基土换填材料运距不不小于一定距离时，苯板造价明显高

于换填处理。

3防渗防冻胀技术措施应用体会

针对本灌区渠道防渗抗冻工程设计、施工和管理的状况，对本灌区

所采用的抗冻胀技术措施进行总结，其重要措施如下：

3.1设计

在渠道设计中，要严格按照《渠道工程抗冻胀设计规范》（S123—

91）进行抗冻胀验算，根据不一样地区气候特点、自然条件、土质,

通过技术经济比较，采用合理的防渗防冻胀技术措施；针对渠道不

一样的部位（阴坡、阳坡，坡顶、坡底）受冻程度不一样分别采用

对应措施。实践证明，根据工程详细条件，从渠系规划布置，渠床

处理，排水，保温、衬砌的构造型式、材料、施工质量、管理维修

等方面着手，全面考虑，采用合适的防冻害措施，能有效地防止防

渗工程的冻胀破坏。

渠道的边坡不适宜过陡，应考虑渠基自身的稳定和施工的规定。本

灌区经典渠道边坡均为1:2。混凝土的强度、抗渗、抗冻要满足规

定。本灌区采用混凝土强度等级c20,抗冻等级flOO,抗渗等级w8o

防渗构造采用混凝土板和防渗膜组合构造能有效的防渗和抗冲，即

板下铺设土工膜。混凝土板厚根据渠道大小确定，总干渠60mnb二

干渠80nmi，防渗膜用素膜（总干渠下游段）或复合土工膜（总干渠上

游段），厚度0.2mm。不进行防渗处理的渠段如二干渠采用板下铺设

土工布。

3.2砂石反滤层排水消除冻胀破坏

在地下水位较高的渠段，如二干渠，碰到渠道边坡和渠底大量渗水

的状况，导致铺设塑膜后，渗水因塑膜阻碍而无导渗出路，这时塑

膜和混凝土板将受到较大的渗透压力，导致边板和底板被顶起，成

为废板。针对此问题处理的措施是：边坡第二、三、四行间隔布置

无砂碎预制板，无砂碎预制板下设砂石反滤层以利排水。

3.3施工

施工时要保证施工质量，填方渠道土方质量是防渗工程的基础，也

是防冻害的重要环节之一，渠基土要充足压实，垫层要铺均匀，塑

料薄膜的接缝要牢固可靠，混凝土要震捣密实，填缝材料要饱满。

压实法可使土的干密度增长，孔隙率减少，透水性减弱。密度较高

的压实土冻结时，具有阻碍水分迁移，汇集，从而削减甚至消除冻

胀的能力。因此，可以通过渠床的压实处理，来到达防止冻害的目

的。

3.3运行管理

1）完善渠道运行管理制度，做好渠道平常养护、安全检查和维修

工作，及时清除渠道中杂草、蚁穴、鼠洞等阻碍物，建立常常检查、

定期检查和尤其检查的检查制度，按照常常养护、随时维修、养重

于修、修重于抢的原则，使渠道得到