1、如何选择渠道冻胀处理方式的思考摘要：渠道冻胀破坏现象集中分布在我国灌溉区中下部，其多为土壤内土体、水的颗粒物理性质和低温共同作用的产物。目前，我国使用较为普遍的渠道冻胀处理方式包括改变渠基土体结构和渠道结构形式、应用新型建筑材料等。研究证实，渠道冻胀处理方式的合理选择直接影响着渠道施工成本和施工难度系数，而源于渠道设计和渠道施工的经验积累、积极研发和推广新型材料可为渠道冻胀处理方法提供更多的选择。关键字：渠道 冻胀处理方式 选择 机理研究 中图分类号：TV146 文献标识码： A 我国是一个灌溉农业发达的国家，且我国严寒地带分布范围极广，而渠道冻胀现象却多集中在严寒地区的灌溉区中下游。由此可知
2、，我国渠道冻胀现象分布范围很广，如喀什地区灌溉区、肇东市涝洲灌溉区、巴音郭楞蒙古自治州、彭阳县灌溉区等。基于此，提高渠道冻胀处理方式的科学性和合理性具有现实意义。本文结合实际案列，浅析如何选择最佳渠道冻胀处理方式。 一、案例概况 某灌溉区位于六盘山脉东侧，气候寒冷（一月均温波动范围是-107） 、防渗渠道冻胀现象突出是该灌溉区的显著特点。一般而言，现浇混凝土防渗渠和预制混凝土防渗渠的冻胀现象较干砌石防渗渠和浆砌石防渗渠严重。调查结果显示，冻胀现象广泛分布在该区域的大渠道和小渠道，而渠道冻胀现象却极大地制约着渠道使用性能和使用安全的提高。基于此，本文认为加强对寒冷地区冻胀机理和冻胀处理方式的研究
3、具有现实意义。 二、渠道冻胀机理研究 渠道冻胀的条件包括土壤内土体、水的颗粒物理性质和低温等，而渠道冻胀破坏源于渠道基土体积因受冻而发生膨胀，直至破坏渠道衬砌混凝土。本章节将从如下几个方面浅析渠道冻胀破坏机理： （一）寒冷地区负温的持续存在为渠道冻胀破坏提供了前提条件； （二）土壤内的毛细水和自由水、外界水分的持续性补给为渠道冻胀破坏提供了先决条件和必备条件； （三）土壤内土体物理力学性质（如矿物质成分、土体颗粒等）为渠道破坏提供了条件。 基于上述三大条件可知，水始终是整个渠道冻胀破坏的活跃因子和必要元素。调查结果显示，渠道冻胀破坏现象主要分布在寒冷地区的灌区中下游，究其原因：寒冷地带灌区中下
4、游土壤颗粒较细、地下水位较浅、土壤内毛细水和自由水补给量大，若该地区气温持续负温，土壤内毛细水和自由水必然因受冻而发生体积膨胀现象。进而导致土壤内土体膨胀至顶托混凝土衬砌，最终到渠道冻胀破坏。渠道冻胀破坏是制约灌溉区经济发展的重要影响因素，其亦是渠道建设必须要攻克的重难点。 三、渠道冻胀处理方式的选择 （一）渠道冻胀处理方式 渠道冻胀处理思路为变更渠道结构形式、破坏渠道冻胀机理，即以矩形断面或“U”形断面取代梯形断面。然而，此渠道冻胀处理方式的应用范围为小渠道（即流量未超过 1m3/s 的渠道） ，若将其应用到大渠道，渠道施工成本和施工难度系数均会大幅度增加。基于此，传统渠道冻胀处理方式根本难
5、以满足现代大渠道冻胀的需要。本章节主要结合该灌溉区渠道的冻胀问题介绍几种常用的渠道冻胀处理方式： 例如：该灌溉区的某个半填半挖小斗渠，其流量为 1.36m3/s 且有一条深约 1.8m 的平行排水沟，工程施工阶段便出现了冻胀破坏现象。 由前文可知，渠道冻胀破坏存在三大基本元素，且该三大基本因素缺一不可。基于此，若减弱或消除任一或二因素便可减轻或规避渠道冻胀现象的出现。首先，就该灌溉区的气候特征而言，负温的持续存在是不可避免的客观因素，此时一系 列保温措施可消除渠道内部负温问题，而切断冻结前后冻土地基的水分补给和改变渠道基土土体结构皆是较为有效的渠道冻胀处理方式。其中必要的排水措施或高填措施皆为
6、切断冻结前后渠道地基水分补给的实现方式，需强调毛细水的影响必须被考虑其中。究其原因为土体物理力学性质和土体颗粒对渠道冻胀破坏存在着重要的影响，且若毛细水位超过地下水位 2 到 3m。其对渠道冻胀破坏的影响会非常明显。其次，更换渠道基土结构是处理上述渠道冻胀问题的另一方式，其要求换填渠基土，即渠基土选用颗粒较大的土体或以大颗粒土体取代细颗粒土体。此类换填工程量十分庞大，且换填厚度通常不得小于该地区的冻土深度。最后，随着建材生产技术的发展和市场需求量的大增，各类新型建材相继被推向市场，而苯板在渠道冻胀处理方面的应用也越来越普遍。苯板的防冻胀机理为其良好的保温性能可有效消除负温对渠基土的负面影响。因
7、此，把苯板应用到该灌溉区渠道的建设方面可有效解决渠道冻胀问题。 （二）渠道冻胀处理方式的选择 例如：源于该灌溉区地形条件的复杂性，渠道冻胀处理难度系数较大，即单一的处理方式根本无法有效解决渠道冻胀破坏现象，如某些地下水位较高的地区，单纯地切断土壤内水分补给无法彻底解决毛细水上升的问题，则有必要考虑其他更为有效的渠道冻胀处理方式。 1.渠基土换填法 渠基土换填法具备保温作用明显、优化渠基土结构等特点，具体表现在如下几个方面：若渠道建设地附近换填材料充足，则渠基土换填法可有效控制渠道建设成本；若渠基土换填量较彻底且换填质量符合工程设计要求和国家现行规定，该处理方式可长期性规避渠道冻胀破坏现象的出现
8、。无可否认，渠基土换填法亦存在如下不足之处：渠基土换填法具有换填土方量大等特点，该特点对换填材料长距离运输的情况是相当不利的，即该处理方式在某些情况下的施工成本会异常高；渠基土换填施工难度系数大，且对换填土的夯实施工具备较大的难度系数，进而无法控制渠基土换填的施工质量；渠基土换填施工质量无法控制还表现在换填含土量的问题（不超过 5%） 。 2.单一的铺设苯板保温材料 近年来，渠道冻胀破坏的苯板保温法被广泛应用，其对防止渠基土冻胀破坏具有很好的效果，但其仅具备保温作用。采用苯板保温法的理由如下：苯板材料属于一种新型材料，其抗冻效果非常好，且已由苯板抗冻试验资料证实，苯板厚约 10cm 的保温效果
9、等效于砂/隔壁层厚约100cm；苯板保温法施工难度系数不大，且对渠道断面开挖的要求不大，即渠道断面开挖面积不大，无需挪动基土，仅需把苯板直接安置到渠基土断面或把材料直接衬砌到苯板上；苯板保温法对施工机械的数量要求较少和人工劳动强度较低，且苯板保温法无需换填渠基土，进而有效控制了施工成本，尤其是渠基土换填材料运输距离过大的情况，苯板保温法的经济性更加明显。无可否认，苯板保温法亦存在如下不足：苯板保温法在某些条件下的成本远高于渠基土换填法，尤其是渠基土换填材料运输距离较小的情况，苯板材料法施工成本较高的问题会非常明显。 结束语 渠道冻胀破坏方式的选择应该综合考虑冻胀三大因素的影响和工程施工的经济性
10、，但本文不主张针对某一地区或某一工程采用单一的冻胀处理方式，即应该综合考虑施工对象的有关影响因素和施工成本，把多种防冻胀处理办法配合使用，且做到各防冻涨处理办法间的主次分明，如切断土壤内水分补给方式+渠基土换填法；戈壁层/砂+苯板保温或塑料薄膜保温法，以此减轻或消除渠道冻胀破坏现象。 参考文献： 1 周卫东.渠道冻胀处理方式的选择J.西部探矿工程,2008,20(2):210-212. 2 陈广新.渠道冻胀处理方式的选择J.水利规划与设计,2009,(3):30-32. 3 李国龙.肇东市涝洲灌区渠道冻胀处理方式的选择J.水利科技与经济,2009,15(6):563-564. 4 张东.渠道冻胀处理方式的选择与应用J.农业科技与信息,2008,(14):41-42. 5 丁慧.冻胀与盐胀对混凝土防渗渠道及附属建筑物的破坏及处理方式的选择J.水利建设与管理,2010,30(4):75-76.
