试论灌区混凝土防渗渠道冻胀防治措施

杜加长

【摘 要】针对灌区混凝土防渗渠道的冻胀破坏现象，本文结合实际情况，从混凝土防渗渠道冻胀破坏的形式入手，着重分析了冻胀原因，并在其基础上探讨了几种实际、可行的防治方法，以供相关人士参考。

【关键词】灌区；混凝土防渗；防渗渠道；冻胀；防治措施

由于混凝土本身就具有一定的施工缺陷，所以混凝土工程在施工和使用中难免会因为出现质量病害。针对混凝土的施工缺陷，所以灌区渠道工程在修建时普遍采用混凝土渠道防渗技术，有效避免了渠道渗漏现象发生。但鉴于天时不利，灌区进入冬季以后，过低的温度会对混凝土防渗渠道造成影响，严重者还会导致渠道发生冻胀现象，给渠道工程的施工管理带来诸多麻烦，因此需要对其进行有效处理。下面就灌区混凝土防渗渠道的冻胀问题进行探讨。

1.混凝土防渗渠道的冻胀破坏形式

无可厚非，混凝土防渗渠道发生冻胀现象的时间大多处于冬季，因温度过低而导致。在以往的冻胀破坏案例中，混凝土防渗渠道发生冻胀现象的表现形式主要包括：

1.1现浇混凝土底板破裂

在冬季温度过于低下的情况下，一些未设置纵向分缝的渠道的混凝土底板容易发生裂缝破坏。通常情况下，裂缝的发生的位置大多处于渠道底部的中心或中心线，裂缝宽度多维持在0.1～1cm范围内，裂缝长度较长且存在不确定性，可能会在裂缝形成后期持续延长。有些裂缝甚至贯通了整条渠道。

1.2隆起

混凝土板发生隆起现象，其主要原因除了温度过低之后，还缘于地下水位偏高。在一些地下水位相对较高的渠段，由于渠道地基土的冻胀程度比较严重，而渠道顶部的冻胀程度又相对较小，这就容易造成混凝土衬砌板隆起。渠道隆起时，其隆起高度大多保持在1～4cm。尽管渠道隆起现象在来年开春化冻之后会有所复原，但这种复原是有一定限制的，并不能完全复原。并且由于隆起渠段地基土的含水量相对偏高，经冻结、融化之后，基土内的融水会因受到外界因素影响而从基土中溢出，从而导致渠道细砂垫层产生位移，移动下坠，给下部的混凝土面板施加压力，并挤拱面板。等到来年再次被冻胀时，混凝土防渗渠道面板的隆起程度将更加严重，甚至有可能发生滑坡现象。

1.3预制混凝土板出现鼓胀、滑塌现象

预制混凝土板鼓胀现象主要表现为：预制板几块或成片鼓起，鼓胀高度高达2～6厘米。鼓胀是发生滑塌的前提，由于预制混凝土鼓胀现象多发生于去渠道底部和边坡的下部，当鼓胀高度过高时，就有可能使预制混凝土板失去平衡，进而导致边坡滑塌。

2.防渗渠道冻胀原因分析

通过上述对混凝土防渗渠道冻胀破坏形式的分析，得出冻胀对混凝土渠道质量的影响很大。为了改善渠道冻胀破坏状况，提高混凝土防渗渠道质量，我们需要对渠道冻胀破坏的原因进行分析，并参照分析结果探求相应的解决对策。现对混凝土防渗渠道冻胀原因作详细分析。

产生冻胀的成因主要是土体中的水分凝结成冰，因体积扩张致使土壤颗粒发生位移，土体膨胀后受建筑物约束产生冻胀力，造成建筑物变形。负温条件下地下水受温差影响向地表冻结土层转移积聚，增加冻胀量。因此，地下水的存在特征、基本含水量和土壤特性成为决定冻胀程度的主要因素。本灌区土质在冻结过程中可产生较大的水分转移积聚。

2.1渠基上抬高度不足

老渠改建和老渠一侧新建的防渗渠道，受地形限制，往往不能上抬足够高度。渠道因处常年灌溉区内，沿线地下水位较高，渠基土层水分补给充分，致使基础含水量较高。冻结过程中，地下水受温差产生的渗透力作用，沿毛细管源源不断地上升积聚，不断加大基土冻胀量，对渠道防渗面板产生较大的冻胀作用。实际表明，这些渠段的冻胀破坏比较普遍，也较为严重。

2.2渠堤密实度不够

部分由民工填筑完成的渠道，渠堤密实度达不到设计要求，薄弱环节较多。因土体密实度较低，地下水易受毛细管作用而大量上升，使渠堤含水量迅速地大量增加，冻结过程中可产生较大的冻胀力。春季化冻时，这些渠堤易受外溢水渗透力作用而发生变形，严重者产生滑坡和流土破坏，危及渠道安全。

2.3防渗塑膜接缝不严或损坏

防渗塑膜的连结多采用搭接法和扣接法，少数采用了焊接法，但施工质量不同，施工中造成的部分破损也未能修补，存在集中渗漏通道。由于板间接缝不可靠，且易损坏，尤其是预制板衬砌渠道，板间分缝开裂、分离现象较普遍，渠水易浸入到达防渗塑膜层，再经塑膜连结处和破损处渗入渠堤，自内补给水分，增加基土含水量。因此，入冬前的冬灌对渠道的冻害防治是不利的。春季化冻时，基土水分经渗入通道反向外溢，引起垫层和边坡变形，影响渠道运行安全。

2.4细砂垫层含粉土量偏高

设垫层替换冻胀土是防止冻胀破坏的有效措施之一。风积砂具有导温系数高、透水性强的特点，属弱冻胀土。灌区内风积砂分布较多，故防渗渠道均采用风积砂做垫层，但部分风积砂源含粉土量偏高，有的高达17%，甚至更高，本身已属于冻胀土，用于渠道垫层，无法起到防冻涨作用。

2.5设计上的缺陷

渠底是最易受冻胀破坏的部位。有些小断面渠道，渠底现浇混凝土板未设计纵缝，因底板两侧受边坡挤压，中部受到拱力作用，无法释放，稍有冻胀或滑坡，底板中部就成为数力集中作用点，可轻易折断，在渠底形成一条长长的裂缝。渠底未设纵缝的混凝土现浇渠道普遍发生这种破坏，破坏情况往往较严重。

2.6入冬前渠道停水较晚

冬灌会自内补给增加基土含水量，对混凝土防渗渠道极为不利。入冬前渠道停水晚，基土含水量较高，尤其是渠道中下部，一旦冻结，冻胀量较大。

3.冻害防治措施

3.1及时维修

冻胀隆起的土体，体积较原先增大，且含冰夹层和冰晶体，冻胀现象往往一年比一年严重。不及时治理，将导致渠道更为严重的破坏。维修应遵循“重伤不拖延，轻伤不放过，合理安排，逐步解决”的原则，具体办法主要有：a.置换冻胀部位的不合格垫层，基土含水量较高、冻胀部位较为严重的部位，可加厚至冻层厚度；b.修补损坏的板间分缝和防渗塑膜；c.对变形严重的渠堤挖开重新填筑，提高土体密实度；d.凿开现浇混凝土底板中心裂缝，使缝宽达到2厘米，用适应变形较好的聚乙烯塑料胶泥灌缝。

3.2修建截、排水系统

在地下水位较高的地段，尤其是挖方渠段，可采取在渠旁修建截水、排水沟的办法切断基土水的外补给来源。截水、排水沟可做成明沟或暗沟，从地形和占地方面考虑，暗沟较为合适。

3.3改善渠道运行方式，加强田间灌溉管理

合理安排，适当提前冬灌时间，或利用原有土渠进行冬灌，尽量减少基土水分的内补给量。同时，应加强田间灌溉水的调度管理，勿使超灌，控制入冬前灌区地下水位的上升。

3.4渠旁植柳

柳树根系发达，呈根网状盘结，可使基土成为非冻胀纤维土，同时，根须还可以吸收土体中是水分和阻断土壤毛细管水上升通道，降低基土含水量。

4.结束语

综上所述，做好灌区混凝土防渗渠道的冻胀防治工作，是保证渠道工程施工质量，减少水资源浪费的一项重要措施。在灌区节水改造建设中，灌区混凝土防渗渠道的修筑是极其重要的，而在修筑完成，对其进行管理时，需要严格做好渠道工程的冻胀防治，以便进一步深化我国灌区续建配套和节水改造工程建设，提高灌区灌溉质量。

【参考文献】

[1]杨伟峰，党一兵，杨德良.东雷抽黄灌区渠道冻胀渗漏的原因及对策[J].现代农业科技，2012（06）.

[2]王婧.汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究[J].山西水利，2010（01）.

[3]芦琴，王正中，刘计良，刘旭东.弧脚梯形衬砌渠道抗冻胀及水力合理断面的分析[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2010（01）.