淺析渠道凍脹處理方式

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1概述 　　甘肅民樂縣中部，氣候?qū)俸涞貐^(qū)。其境內(nèi)的焉者盆地一年中最冷月１月份的平均氣溫為-10℃——-15℃，由于氣候寒冷，興建的防滲渠道極易受到凍脹的的破壞。預制砼板護面防滲渠和現(xiàn)澆砼板護面防滲渠最易受到凍脹的破壞，漿砌石護面防滲渠和干砌石護面防不滲渠次之。無論是十幾個流量的干支渠道，還是小于1個流量的斗農(nóng)渠道，都會受到凍脹的危害。有些凍脹危害發(fā)生在建成后運行初期的1～2年內(nèi)，而有些卻發(fā)生在工程建成末運行之時。因此，進一步研究渠道凍脹破壞的機理，采取有效的措施預防它，對保證各級防滲渠道的正常運行，減少維修養(yǎng)護的費用意義重大。 　　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： 　?、藕錃夂騾^(qū)持續(xù)的負溫條件； 　?、仆寥乐凶杂伤兔毸拇嬖?，并且有通暢的水分補給通道； 　?、峭寥辣旧淼奈锢砹W性質(zhì)，包括土的顆粒組成，礦物質(zhì)成份等。 　　在以上三個條件中，土壤中自由水和毛細水的存在是凍脹發(fā)生的的先決條件，也是必備條件。在整個漿脹破壞過程中，水是最活躍的因素。 　　從目前受凍脹破壞的渠道來看，基本上位于灌區(qū)內(nèi)，且處于灌區(qū)中、下游的居多。這是因為在灌區(qū)中下游地區(qū)，地下水埋深淺，土壤顆粒細，土體中自由水和毛細水的補給十分充足。一旦氣溫下降至零度以下，土體中的自由水和毛細水的體積受凍膨脹，引起土體膨脹，頂托襯砌，破壞渠道。 　　在河區(qū)下部，凍脹破壞不但發(fā)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，毛細水的凍脹性也不容忽視。 　　綜上所述，凍脹破壞是寒冷地區(qū)渠道建設(shè)中的一大難題，由土壤中的水、土體顆粒物理性質(zhì)和負溫所致，大多發(fā)生在灌區(qū)的中下部。 　　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(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)，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，難免造成造價和施工難度的加大，加大的幅度還較大。 　　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(fā)生凍脹破壞。只要消除其中一個因素，就能防止和減輕凍脹危害。從目前的氣候條件來看，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(nèi)部不負溫。切斷凍土地基在凍結(jié)前、后的水分補給是過去防凍脹處理常用的法，此外改變渠基土體的基本結(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)的決定，毛細水的作用不可忽視。毛細水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同樣會對渠產(chǎn)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(xiàn)實的，毛細水的凍脹破壞不容忽視。 　　改變基土的基本結(jié)構(gòu)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。如果在凍土深小的地區(qū)使用尚可，若在凍土深較大的地區(qū)使用，往往工程量是巨大的。 　　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，從考慮經(jīng)濟和投資省的情況下，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(jié)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。如在匯要兩面三刀側(cè)開挖排水溝降供銷水分補給的同時，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。 　　近來隨著新型建筑材料的問世，苯板越來越多地應(yīng)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(jù)現(xiàn)有對苯板的搞凍試驗資料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁層的保溫效果。遠大于相當于5～10cm厚戈壁、砂的塑膜的保溫效果。 　　3.2渠道防凍脹處理形式比較 　　在高地下水位區(qū)，即使采取了斷絕土壤中水分補給的措施，仍難以保證阻止毛細水的上升，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(jié)構(gòu)，又具有一定的保溫作用。它的優(yōu)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(zhì)量達到要求時，可保證渠道永久不受凍脹危害。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、戈壁難以進行夯實，要達到施工規(guī)范要求，難度較大；③換填料的質(zhì)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(jīng)濟。 　　若不采用基土回填，只鋪設(shè)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(yōu)點：①抗凍效果好，采用10cm的苯板即達到了換填100cm砂或戈壁的保溫效果；②施工方便，渠道開挖斷在小。不對基土進行攏動，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(yōu)勢立即顯現(xiàn)。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，其造價明顯高于換填處理。 　　　　4、結(jié)語 　　對渠道防凍脹處理方式的選擇，關(guān)系到渠道的造價和施工的難易，必須慎之又慎。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(yōu)點。現(xiàn)階段巴州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(shè)計與施工中不斷地總結(jié) 經(jīng)驗，進一步完善苯板的防凍理論和實際運用經(jīng)驗，為這一新型防凍材料的大面積推廣應(yīng)用提供條件。