【摘要】在渠道的使用過程中，由于受自然氣溫的影響，地基土每年都處于凍融兩種狀態(tài)而造成渠道的凍脹破壞簡(jiǎn)稱凍害。不斷的改善渠道凍脹破壞問題，可以有效的加強(qiáng)施工的質(zhì)量，因此本文主要針對(duì)渠道凍脹破壞形成的原因以及對(duì)其進(jìn)行有效的防護(hù)措施進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】渠道凍脹；破壞原因；防治措施

1、前言

伴隨季節(jié)的變化，一進(jìn)入冬季北方地區(qū)就進(jìn)入了寒冷季節(jié)。對(duì)于建筑物施工過程在冬季普遍出現(xiàn)的問題就是凍脹問題。渠道凍脹主要是因?yàn)榍疗涫軆鲶w積膨脹頂托襯砌而形成，迫使已經(jīng)修建的渠道受到影響。這種渠道凍脹破壞在一定程度上使其使用壽命大大的減少。

2、渠道凍脹破壞的原因

2.1土質(zhì)問題

土質(zhì)在含水量，冷卻溫度以及其它條件相同時(shí)，不同的土質(zhì)中水分遷移量是不同的。在粘土特別是極細(xì)碎的粘土中，僅有輕微的水分遷移和冰析出而在粉質(zhì)粘土中可發(fā)生最強(qiáng)烈的遷移和凍脹性，因此這種土壤為最具凍害的凍脹性土。礫石土壤一般認(rèn)為不具凍脹，但當(dāng)有更細(xì)的充填物時(shí)，在凍結(jié)時(shí)水分遷移反而更劇烈。

2.2水質(zhì)問題

土壤中的水分包括結(jié)合水和自由水，自由水又分為重力水和毛細(xì)水，產(chǎn)生凍脹的是自由水，而不是結(jié)合水。土壤的含水量是研究?jī)鐾羶?nèi)在規(guī)律的重要指標(biāo)，凍土中水分是最活躍的因素，它隨深度的不同和季節(jié)的變化而不斷的改變。從物理學(xué)中可知，液態(tài)純水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下溫度達(dá)到0℃時(shí)便會(huì)凍結(jié)成固態(tài)的冰，體積增大9%左右，密度減小8%。土中的原駐水的含水量不大時(shí)，土中水結(jié)成冰體積增大，只是降低孔隙率；只有當(dāng)含水量超過一定界限時(shí)，產(chǎn)生土體膨脹，土凍結(jié)才能引起地表隆起，這個(gè)含水量叫做起始凍脹含水量。

2.3溫度問題

介質(zhì)溫度愈低，土中水分相變成冰愈多，凍脹愈強(qiáng)。此外，作用在凍土上的荷載，會(huì)減弱水分遷移和凍脹作用。土體密度大于1.6t/m3時(shí)，也可使凍脹明顯減弱。渠道襯砌工程凍害規(guī)律一般呈現(xiàn)為，陰坡比陽坡嚴(yán)重，凍結(jié)歷時(shí)長(zhǎng)的年份比凍結(jié)歷時(shí)短的年份嚴(yán)重，襯砌體薄而整體性差的凍害更嚴(yán)重，有地下水或外圍水補(bǔ)給水分的渠道凍害最嚴(yán)重。

2.4壓力問題

凍土層頂部的膨脹變形如果受到限制，就會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，稱為凍脹力。習(xí)慣上，把沿基礎(chǔ)側(cè)面作用的凍脹力稱作切向凍脹力，把沿基礎(chǔ)表面（包括底面和側(cè)面）法線方向作用的凍脹力稱作法向凍脹力。土層在切向凍脹力的作用下極易失穩(wěn)，失穩(wěn)的結(jié)果便導(dǎo)致邊坡襯砌板產(chǎn)生隆起架空和坍塌破壞。

3、渠道凍脹破壞有效控制措施

渠道的凍脹破壞主要與四個(gè)基本因素密切相關(guān)，即水分因素、土質(zhì)因素、氣溫因素、渠道受力條件等。改善其中一個(gè)因素，便可起到防治凍脹的效果。由于渠道襯砌厚度較薄，重量較輕，采取抵抗性措施是不經(jīng)濟(jì)的，因此必須從以下三方面因地制宜地選用經(jīng)濟(jì)合理的一種或多種措施。

3.2適應(yīng)

即主要是應(yīng)用渠道建筑材料、斷面結(jié)構(gòu)和襯砌分縫來適應(yīng)凍脹變形，如斷面結(jié)構(gòu)采用弧形、弧形坡腳梯形、整體式混凝土U形槽斷面、矩形斷面擋土墻式等型式。對(duì)于剛性材料襯砌渠道，調(diào)整襯砌板縱橫縫的距離、伸縮縫、收縮縫的縫形、縫寬和填充材料，防止襯砌板隆起、裂縫，以適應(yīng)削減凍脹變形。

3.2回避

即在渠道襯砌工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，注意避開出現(xiàn)較大凍脹量的自然條件，或者在凍土區(qū)注意避開凍脹對(duì)渠道襯砌工程的作用。在選擇渠線時(shí)，選擇透水性較強(qiáng)、地下水埋深大、地形較高的地帶，盡可能避開粘土、粉質(zhì)土、淤土、沼澤和高水位地段，并盡可能采用挖方渠道。在工程措施設(shè)計(jì)時(shí)選擇管道、暗涵和采用樁、墩基礎(chǔ)和架空等結(jié)構(gòu)，盡量避開和減少與凍脹土接觸的凍脹影響。

3.3削減

即當(dāng)渠道產(chǎn)生的最大凍脹變形量較大，且由于地形、地質(zhì)及渠線布置等原因不能有效回避凍脹的條件下，可采用適當(dāng)?shù)姆椒?，將渠床基土的最大凍脹量削減到襯砌結(jié)構(gòu)允許變位范圍之內(nèi)，以減小凍脹對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的破壞作用。削減凍脹可分為置換砂礫墊層、隔熱保溫、壓實(shí)干密度、防滲排水等幾項(xiàng)措施。

4、具體防治措施

4.1采用現(xiàn)澆混凝土防滲抗凍渠道

現(xiàn)澆混凝土渠道自重大、剛度強(qiáng)、結(jié)構(gòu)性能好、抗?jié)B能力強(qiáng)，從而降低基土的含水量，有效地防止了凍脹的破壞。但是容易在應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生裂縫、維修難度大、維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高。這種方式適用于高填方、地基穩(wěn)定地段及砂礫石透水地基。

4.2采用漿砌石防滲抗凍渠道

灌區(qū)的凍脹破壞區(qū)主要集中在表層下40cm的范圍，而砌石厚度一般在30cm～40cm。這種防滲抗凍襯砌方式具有工程整體性較好、抗凍能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在工程運(yùn)行中使用壽命較長(zhǎng)。

4.3采用弧形渠道斷面結(jié)構(gòu)形式

梯形段面的渠道由于存在折角而受力不均勻，易在渠道中部、坡腳30cm處發(fā)生凍脹，渠道底部隆起。采用弧形斷面的渠道，由于拱形的作用可以有效地防治凍脹，而且弧形渠道的受力比較均勻，過水?dāng)嗝嫠l件好，適應(yīng)黃土地區(qū)灌區(qū)渠道改造。

4.4選用適當(dāng)?shù)姆罎B抗凍措施

1）、渠道基礎(chǔ)夯實(shí)防滲抗凍?；练?0cm處理，使夯實(shí)土方干容重1.5t/m3以上，有效地增強(qiáng)基土的粘聚力，降低持水度，上鋪防滲膜，提高抗?jié)B性，減少基土的含水量。

2）、防滲抗凍材料的特點(diǎn)。砂礫石，碎石，具有良好的防滲效果，聚乙烯薄膜使用方便，工程中通常為了保護(hù)薄膜，通常采用兩布一膜，或一布一膜，在上面采用壓土，現(xiàn)澆砼等方式；苯板使用方便，防滲效果佳，是防滲抗凍的最佳選擇材料。

3）、選用適當(dāng)?shù)姆罎B襯砌技術(shù)措施。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們逐步改變了渠道防滲抗凍技術(shù)措施，主要采用渠道斷面結(jié)構(gòu)形式由梯形改為弧形斷面，復(fù)合土工膜作為防滲體，M10砂漿襯砌混凝土塊，取得了良好的防滲抗凍效果。

4）、換基處理。在深挖方地段和回歸水較多的地段，應(yīng)在復(fù)合土工膜下用砂礫石做換基處理，增強(qiáng)材料抗凍性。

4.5加強(qiáng)工程管理，減少渠道凍脹破壞

在渠道工程建設(shè)管理中，要保證工程質(zhì)量，確保防滲層的整體性?；炷翂K之間的勾縫要密實(shí)，瀝青砂漿伸縮縫處理達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在渠道工程運(yùn)行期間要勤檢查，發(fā)現(xiàn)有裂縫或者空洞要及時(shí)修復(fù)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處理。在灌溉管理中，冬季灌溉期間，合理調(diào)度，提早結(jié)束冬灌，有效避免凍脹破壞。

參考文獻(xiàn)：

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