- A+
１概述
通過分析研究，渠道的凍脹破壞是由土壤中的水、土體顆粒物理性質和負溫所致。渠道防凍脹處理可通過改變渠道結構形式、改變渠基土體的基本結構、使用新型建筑材料等方法來實現。對渠道防凍脹處理方式的選擇，關系到渠道的造價和施工的難易，應在今后的渠道設計與施工中不斷地總結經驗，進一步完善新型材料的防凍理論和總結實際運用經驗，為新型防凍材料的大面積推廣應用提供條件。
2渠道凍脹機理
渠道凍脹破壞是由于渠基土受凍體積膨脹頂托襯砌而形成，渠基土受凍體積膨脹必須具備以下條件：
⑴ 寒冷氣候區持續的負溫條件；
⑵ 土壤中自由水和?細水的存在，并且有通暢的水分補給通道；
⑶ 土壤本身的物理力學性質，包括土的顆粒組成，礦物質成份等。
在以上三個條件中，土壤中自由水和?細水的存在是凍脹發生的先決條件，也是必備條件。在整個脹破壞過程中，水是最活躍的因素。如果地下水埋深淺，土壤顆粒細，土體中自由水和?細水的補給十分充足。一旦氣溫下降至零度以下，土體中的自由水和?細水的體積受凍膨脹，引起土體膨脹，頂托襯砌，破壞渠道。凍脹破壞不但發生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，?細水的凍脹性也不容忽視。
綜上所述，凍脹破壞是寒冷地區渠道建設中的一大難題，由土壤中的水、土體顆粒物理性質和負溫所致。
3渠道防凍脹處理形式及比較
3.1渠道防凍脹處理形式渠道防凍脹處理可通過改變渠道結構形式來實現，即用“Ｕ”形或矩形斷面來代替梯形斷面。但這種處理形式只適用于小渠道，流量小于1m3/s的渠道。對于大渠道來說，若采用這種處理方式，難免會造成造價增加和施工難度的加大。
從上述導致土體凍脹的的三個基本因素中，只有三個因素同時具備，才發生凍脹破壞。只要消除其中一個因素，就能防止和減輕凍脹Σ害。從一般的氣候條件來看，外部溫度不達負溫是不可能的，因此只有采取保溫措施達到內部不負溫。切斷凍土地基在凍結前、后的水分補給是防凍脹處理常用的方法，此外改變渠基土體的基本結構也是保證土體非凍脹性的一種方法。
要切斷凍土地基在凍結前后的水分補給，通常是采用高填或排水措施來減少水分的補給。但是由于土體顆粒及物理力學性質的決定，?細水的作用不可忽視。?細水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同樣會對渠基產生凍脹破壞。因此對于細顆粒土體，要完全切斷水分的補給是不現實的，?細水的凍脹破壞不容忽視。
改變基土的基本結構的辦法是進行渠基土的換填，就是用大顆粒的土體填入渠基，將原來的細顆粒土體挖走。這種換填工程量較大，換填厚度一般要大于等于凍土深度。如果在凍土深度小的地區使用尚可，若在凍土深度較大的地區使用，往往工程量是很大的。從目前情況看，任何工程要根本回避和解決凍脹三因素之一，在考慮經濟條件和節省投資的情況下，都是非常困難和把握不住的。因此在實際工作中，往往將幾種工程措施結合起來使用。即以回避一種因素為主，輔之以回避另一種因素的綜合措施進行防凍脹處理。如在兩側開挖排水溝降低水分補給的同時，對基土進行一定厚度的換填。用砂或戈壁層加塑膜進行保溫，以減少凍脹破壞。
近年來，隨著新型建筑材料的問世，苯板越來越多地應用于渠道的防凍脹處理。苯板防凍脹的主要機理是它具有保溫的功效，保證了渠基土不受負溫的影響，同上述砂或戈壁層加塑膜保溫的原理是一樣的。根據現有對苯板的防凍試驗資料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁層的保溫效果。遠大于或相當于5～10cm厚戈壁、砂、塑膜的保溫效果。
3.2渠道防凍脹處理形式比較在高地下水λ區，即使采取了斷絕土壤中水分補給的措施，仍難以保證阻止?細水的上升，因此還必須采取其它防凍脹處理形式。
對渠基土進行換填是一種防凍脹的處理形式，它即改變了渠基土的結構，又具有一定的保溫作用。它的優點是：①當渠道附近有大量換填材料時，造價可能便宜；②由于對渠基進行了徹底換填，當質量達到要求時，可保證渠道永久不受凍脹Σ害。同時也具有以下缺點：①由于換填厚度大，土方工程量較大，當換填材料運距較遠時，造價較高；②施工難度大，清除了渠基原土，換填后的砂、戈壁料難以進行夯實，要達到施工規范要求，難度較大；③換填料的質量難以把握，要求回填含土量小于5%的料。采用天然材料，很難尋找料源。若采用人工加工料，則不經濟。
若不采用基土回填，只鋪設苯板保溫，防止渠基土凍脹也是近年來漸漸采用的一種防凍脹處理形式。它只有保溫作用，不對基土進行回填。具有以下優點：①抗凍效果好，采用10cm的苯板即達到了換填100cm砂或戈壁料的保溫效果；②施工方便，渠道開挖斷面小。不對基土進行擾動，直接將苯板置于基土上，在苯板上直接進行襯砌材料的施工；③在一定條件下造價便宜，使用的施工機械少，人工省。采用苯板，不進行基土換填，避免了大量土石方機械的使用。當基土換填材料運距大于一定距離時，其造價低的優勢立即顯現。苯板防凍脹材料的缺點是：在一定條件下，同換填相比，造價較高。當基土換填材料運距小于一定距離時，苯板造價明顯高于換填處理。
4渠道防凍脹成功案例
新疆引額濟烏工程（包括頂山隧洞、大洼槽倒虹吸、戈壁明渠、沙漠明渠、平原明渠、“500”水庫等）是由國家、自治區共同投資興建的長距離、跨流域的大型調水工程，沙漠明渠和平原明渠是其主要的組成部分，沙漠明渠全長166.5０km，設計流量47.50～55 m3/s。渠道為梯形，底寬6m，渠口寬25.0m，渠深為3.80m。渠道內邊坡為1:2.5０，渠底縱坡1/6000～1/7000，渠道襯砌采用邊長25cm正六邊形砼預制板，板厚7cm（渠底）、6cm(邊坡)。根據各渠段地基土的情況，渠道防凍脹采用了不同的形式。沙漠明渠長149km，渠基土為粉細沙，顆粒細，保水性好，屬凍脹土。采用基土換填的處理方式，即在渠基換填厚度為40cm的戈壁砂礫料處理后，經過幾年的運行，δ發生凍脹破壞。平原明渠根據需要，底板下部布設了6cm厚的苯板，有的地方在邊坡上布設了苯板。渠道完工后，發現部分渠段出現了斷板和凍脹現象。分析原因，基本上可以得出如下結論：斷板原因為換填基土密實度δ達設計要求，再加之施工單λ偷工減料板厚δ達設計厚度所致；凍脹原因為換填基土δ達設計要求的級配，內含細顆粒較多而造成。因此渠道防凍脹形式若采用換填的處理方式，則換填土的本身質量及施工質量對渠道能否正常運行關系較大。在施工過程中，應嚴格控制，但受施工條件的限制，這些要求達到的難度較大。平原明渠采用苯板防凍脹，施工方便，防凍脹效果較好。
5結語
對渠道防凍脹處理方式的選擇，關系到渠道的造價和施工的難易，必須慎重。苯板作為一種新型的渠道防凍脹處理方式，具有其獨特的優點。現階段南水北調中線工程對苯板的運用還剛開始，一切還處于試驗摸索階段。雖然已有成功的運用例子，但需在今后的渠道設計與施工中不斷地總結經驗，進一步完善苯板的防凍理論和實際運用經驗，為這一新型防凍材料的大面積推廣應用提供條件。
大家都在看:
