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摘要：本文从多个方面分析了渠道防渗衬砌工程发生冻害的原因，例如渠床的冻结问题、含水量的多少和土质及渠道的变形特征，并且从如何避开冻害，减少冻胀带来的危害等方面做出了初步的研究和探讨。
关键词：渠道防渗 衬砌工程 冻害 防治措施
中图分类号：[TV91]文献标识码： A 文章编号：
一般在北方地区，冬季最冷气温都在一10℃以下，灌溉区的渠道是最容易发生冻胀破坏的，并且十分普遍，这就给灌溉区的管理和发展带来了困难。灌区渠道冻胀破坏十分普遍且严重，给灌区的管理和效益正常发挥带来了很大困难。现结合渠道工程冻害产生的原因、冻害的分类，对冻害防治措施进行了初步探索和研究，供灌区管理者参考。
1、 影响渠道工程发生冻害的主要因素
1．1 渠床的冻结特征
由于渠道断面自身的凹槽方式和斜坡的朝向是不同的这个原因，进而决定了断面各个点之间的上冻深度的不均匀，这种不均匀一定与断面的形式和尺寸有很大关系。南北走向的渠道，两坡受日照和风作用的条件差别不大，两坡的冻结规律大致相同，表现为渠坡上部冻深最大，渠底最小；所以导致凡是东西走向的渠道两边的斜坡的冻结的深度和情况有很大差别。两坡分别为阴坡和阳坡，在冻结日期上，阴早于阳，冻结深度上阴坡较大，上部冻深也是最大的。
1．2 渠床含水量特征
渠堤堤顶向渠底逐渐过度时，床土的含水量是增加的，因为堤顶部排水状况较好，并且离地下水位较远。渠床冬季地下水位高低，主要取决于所在位置的水艾地质条件、渠道衬砌质量的好坏、是否冬灌及停水的时间。大致可分以下几种情况：
1．2.1 地下水位深，在临界距离下。
这种情况下断面上各点的冻胀程度就取决于土中含水量的多少，一般只在渠底和斜坡的下部会发生一些轻微冻结，对衬砌体的破坏作用不大。
1．2.2 地下水位在渠底以下，但小于临界距离，渠道内无水。
这时渠底的冻胀程度是较大的，这种情况会随离坡顶的距离越远而逐渐加大。
1．2.3 地下水位高于渠底，渠内冬季积水或行水。
当渠内保持有一定水深时，渠内的结冰会发挥其保温作用，渠底冻结情况则较小，甚至会有不冻的现象，两斜坡则由于含水量较高，在水面以上的地势就会发生较大冻结。
上述的渠道冻结和水分特征，造成了断面上各点的冻胀不均匀，是渠道冻融期变形的基本特征，也是衬砌破坏的基本原因。
1．3 渠道的变形特征
在上述的第一和第二种水分状态下，渠坡上部的冻胀量小于渠底和坡脚的冻胀量，且两端点的冻胀基本垂直向上，因此在冻结期，渠道坡面线的长度将随着冻胀变形的发展而缩短，这个缩短量就和坡底、坡顶两点的冻胀时差值大小有关，缩短的越大，差值越大，反之亦成立，这样衬砌物冻结力很小时，便会向上推移或冻结力大时就会在坡下部发生折断。
1．4 渠床的土质特征
当渠床为粗砂、砾石等粗粒土时，一般冻胀量很小；当渠床为细粒土时，特别是粉质土时，在渠底含水量较大且有地下水补给时，易产生很大的冻胀量。
1．5 人为因素
施工和管理不善等人为因素，加重了对渠道的破坏。
2 由负气温造成各种破坏作用的冻害分类
2．1 渠道防渗衬砌体的冻融破坏
一定的吸水性是渠道防渗衬砌体的一个特点，渠道又经常处在水源充足的环境中，因此衬砌体内总有积累一定的水分，这些水分在零下时就会冻结成冰，从而使渠道体积发生膨胀。当这种膨胀作用引起的应力超过衬砌体强度时，就会产生裂缝并增大吸水性，使第二负温周期中结冰膨胀破坏的作用更为加剧，这就形成了一个周而复始的循环，反反复复最终使衬砌体的冻坏，轻则表层砂桨剥蚀，重则结构损坏。
2．2 渠道中水体结成冰导致防渗衬砌工程破坏
当渠道在负温期间通水时，渠道内的水体将发生冻结，起初只是形成岸冰，在严寒条件下，岸冰逐渐向中心扩大，逐步连成一体，表面封冻。此后，冰层逐渐加厚，对两岸衬砌体产生冰压力，造成衬砌体的破坏，或者在冰推力的作用下，砌块被推上坡，发生破坏性变形。
2-3 渠床基土冻融对防渗衬砌工程的破坏
因为渠道水的不断渗漏，再加上地下水和其他水源不断补给，这就使渠道土层中含水量大大升高，在冬季温度低于零下时会发生基土冻胀，使衬砌体开裂、隆起或折断，在春季消融时又造成渠床土层过湿，使土体失去强度和稳定性，造成衬砌体滑塌。
3 冻胀破坏形式
刚性衬砌体是由混凝土板、浆砌石构成的，由于这种结构本身具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，在冻胀和热应力作用下容易破坏．其破坏形式如下：
3．1 鼓胀及裂缝
渠道衬砌的冻胀裂缝一般在坡底以上的1／4—3／4坡长的范围之内和渠底的中部。在冬季渠道积水或发生水流流淌时，这时裂缝会出现在距离水面附近的渠坡上。基土的冻胀性及不均匀程度就决定了冻胀裂缝的宽度，若基土本身冻胀性弱，裂缝随之就小；反之亦成立。
3．2 隆起架空
在高水位的地方，渠床基土距离地下水较为近、冻胀量就会比较大，这时渠顶冻胀量则小，这时易造成衬砌板隆起而被架空。架空部位一般在离水面以上0．5 m一1．5 m坡上或者是渠底中部。
3．3 滑塌
在出现这两种形式时渠道易发生滑塌：一是由于冻胀隆起被架空，使坡脚本身的承受力被破坏，使衬砌板失衡，当基土融化时，板块的上部会顺坡下滑、导致互相穿插。二是渠坡基土融化期的大面积滑坡造成渠坡滑塌，导致坡脚混凝土板被推开，上部衬砌板塌落下滑。
4 防渗衬砌工程冻害防治措施
防渗衬砌工程是否产生冻胀破坏，与当地的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。实践证明，根据工程具体条件，从渠系规划布置，渠床处理、排水、保温、衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手全面考虑，采取适宜的防冻害措施，能有效地防止防渗工程的冻胀破坏。
4．1 回避冻胀
在渠道衬砌工程的规划设计中．应注意避开出现较大冻胀的自然条件，或者在冻胀土区，注意避开冻胀对渠道衬砌工程的作用。 ‘
4．1．1 埋入措施
将渠道构造作为管或涵埋设在冻结深度以下是种可靠的措施，适用于地形起伏不规则地区，但多受水头及造价方面的限制。
4．1．2 架空渠槽
是渠槽和基土脱離需要用桩、墩等构筑物，这样避开冻胀的地方对渠槽的破坏．但是这种方法成本造价一般较高。
4．2 削弱冻胀
用适宜的削弱冻胀措施将渠床基土地的最大冻胀量削减到衬砌结构允许变化范围内。
4．2．1 防渗排水
渠水和渠堤上的地表水入渗的情况是需要防治的，防止地基土冻胀的根本措施就是要隔断水分对冻层的补给和排除地下水。
4．2．2 压实
压实法可使土的密度增加，孔隙率和透水性都减弱，压实土在冻结时，在阻碍水位迁移、聚集上有一定作用。因此，可以通过渠床的压实处理，来达到防冻害的目的。
4．2．3 隔热保温
将隔热保温材料(如：炉碴、泡沫水泥等)布设在衬砌体背后及表面，以减轻或消除寒冷因素，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。
4．2．4 化学处理
在渠床基土中注入化学材料，会使降低土中水的冰点或、增强土的防水性，使冻结了的基土不会发生水分迁移，从而大大减轻冻胀。食盐、氯化钙、氯化镁等是常用的化学材料。
4．2．5 置换
在冻结深度内将衬砌板下的冻胀土换成卵石、粗砂等材料，又称铺设砂砾石垫层，能排除渗水并阻止水分向表层冻结区迁移，从而防止冻害现象发生。
4．3 优化结构
在渠道断面和衬砌设计中采用合理的尺寸和形式，可使其具有削减或回避冻胀的能力，常用的形式有梯形、矩形、u型等，也有的矩形渠渠底为反拱砌石。
结语
建筑工程中，其质量问题关系到国计民生，涉及到千家万户，不容有任何差错。它具有体积大，结构复杂，不同于一般商品的特点，因此，一旦发生重大质量问题，将给企业造成严重损失，甚至影响社会进步乃至国家建筑业的兴衰。
参考文献：
[1]谷党国．全断面现浇混凝土衬砌渠道施工技术[J]．山西建筑，2005，3(11)：130．131．
[2] 任之忠 渠道衬砌工程采用保温与换填防冻措施的设计 防渗技术1998
关键词：渠道防渗 衬砌工程 冻害 防治措施
中图分类号：[TV91]文献标识码： A 文章编号：
一般在北方地区，冬季最冷气温都在一10℃以下，灌溉区的渠道是最容易发生冻胀破坏的，并且十分普遍，这就给灌溉区的管理和发展带来了困难。灌区渠道冻胀破坏十分普遍且严重，给灌区的管理和效益正常发挥带来了很大困难。现结合渠道工程冻害产生的原因、冻害的分类，对冻害防治措施进行了初步探索和研究，供灌区管理者参考。
1、 影响渠道工程发生冻害的主要因素
1．1 渠床的冻结特征
由于渠道断面自身的凹槽方式和斜坡的朝向是不同的这个原因，进而决定了断面各个点之间的上冻深度的不均匀，这种不均匀一定与断面的形式和尺寸有很大关系。南北走向的渠道，两坡受日照和风作用的条件差别不大，两坡的冻结规律大致相同，表现为渠坡上部冻深最大，渠底最小；所以导致凡是东西走向的渠道两边的斜坡的冻结的深度和情况有很大差别。两坡分别为阴坡和阳坡，在冻结日期上，阴早于阳，冻结深度上阴坡较大，上部冻深也是最大的。
1．2 渠床含水量特征
渠堤堤顶向渠底逐渐过度时，床土的含水量是增加的，因为堤顶部排水状况较好，并且离地下水位较远。渠床冬季地下水位高低，主要取决于所在位置的水艾地质条件、渠道衬砌质量的好坏、是否冬灌及停水的时间。大致可分以下几种情况：
1．2.1 地下水位深，在临界距离下。
这种情况下断面上各点的冻胀程度就取决于土中含水量的多少，一般只在渠底和斜坡的下部会发生一些轻微冻结，对衬砌体的破坏作用不大。
1．2.2 地下水位在渠底以下，但小于临界距离，渠道内无水。
这时渠底的冻胀程度是较大的，这种情况会随离坡顶的距离越远而逐渐加大。
1．2.3 地下水位高于渠底，渠内冬季积水或行水。
当渠内保持有一定水深时，渠内的结冰会发挥其保温作用，渠底冻结情况则较小，甚至会有不冻的现象，两斜坡则由于含水量较高，在水面以上的地势就会发生较大冻结。
上述的渠道冻结和水分特征，造成了断面上各点的冻胀不均匀，是渠道冻融期变形的基本特征，也是衬砌破坏的基本原因。
1．3 渠道的变形特征
在上述的第一和第二种水分状态下，渠坡上部的冻胀量小于渠底和坡脚的冻胀量，且两端点的冻胀基本垂直向上，因此在冻结期，渠道坡面线的长度将随着冻胀变形的发展而缩短，这个缩短量就和坡底、坡顶两点的冻胀时差值大小有关，缩短的越大，差值越大，反之亦成立，这样衬砌物冻结力很小时，便会向上推移或冻结力大时就会在坡下部发生折断。
1．4 渠床的土质特征
当渠床为粗砂、砾石等粗粒土时，一般冻胀量很小；当渠床为细粒土时，特别是粉质土时，在渠底含水量较大且有地下水补给时，易产生很大的冻胀量。
1．5 人为因素
施工和管理不善等人为因素，加重了对渠道的破坏。
2 由负气温造成各种破坏作用的冻害分类
2．1 渠道防渗衬砌体的冻融破坏
一定的吸水性是渠道防渗衬砌体的一个特点，渠道又经常处在水源充足的环境中，因此衬砌体内总有积累一定的水分，这些水分在零下时就会冻结成冰，从而使渠道体积发生膨胀。当这种膨胀作用引起的应力超过衬砌体强度时，就会产生裂缝并增大吸水性，使第二负温周期中结冰膨胀破坏的作用更为加剧，这就形成了一个周而复始的循环，反反复复最终使衬砌体的冻坏，轻则表层砂桨剥蚀，重则结构损坏。
2．2 渠道中水体结成冰导致防渗衬砌工程破坏
当渠道在负温期间通水时，渠道内的水体将发生冻结，起初只是形成岸冰，在严寒条件下，岸冰逐渐向中心扩大，逐步连成一体，表面封冻。此后，冰层逐渐加厚，对两岸衬砌体产生冰压力，造成衬砌体的破坏，或者在冰推力的作用下，砌块被推上坡，发生破坏性变形。
2-3 渠床基土冻融对防渗衬砌工程的破坏
因为渠道水的不断渗漏，再加上地下水和其他水源不断补给，这就使渠道土层中含水量大大升高，在冬季温度低于零下时会发生基土冻胀，使衬砌体开裂、隆起或折断，在春季消融时又造成渠床土层过湿，使土体失去强度和稳定性，造成衬砌体滑塌。
3 冻胀破坏形式
刚性衬砌体是由混凝土板、浆砌石构成的，由于这种结构本身具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，在冻胀和热应力作用下容易破坏．其破坏形式如下：
3．1 鼓胀及裂缝
渠道衬砌的冻胀裂缝一般在坡底以上的1／4—3／4坡长的范围之内和渠底的中部。在冬季渠道积水或发生水流流淌时，这时裂缝会出现在距离水面附近的渠坡上。基土的冻胀性及不均匀程度就决定了冻胀裂缝的宽度，若基土本身冻胀性弱，裂缝随之就小；反之亦成立。
3．2 隆起架空
在高水位的地方，渠床基土距离地下水较为近、冻胀量就会比较大，这时渠顶冻胀量则小，这时易造成衬砌板隆起而被架空。架空部位一般在离水面以上0．5 m一1．5 m坡上或者是渠底中部。
3．3 滑塌
在出现这两种形式时渠道易发生滑塌：一是由于冻胀隆起被架空，使坡脚本身的承受力被破坏，使衬砌板失衡，当基土融化时，板块的上部会顺坡下滑、导致互相穿插。二是渠坡基土融化期的大面积滑坡造成渠坡滑塌，导致坡脚混凝土板被推开，上部衬砌板塌落下滑。
4 防渗衬砌工程冻害防治措施
防渗衬砌工程是否产生冻胀破坏，与当地的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。实践证明，根据工程具体条件，从渠系规划布置，渠床处理、排水、保温、衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手全面考虑，采取适宜的防冻害措施，能有效地防止防渗工程的冻胀破坏。
4．1 回避冻胀
在渠道衬砌工程的规划设计中．应注意避开出现较大冻胀的自然条件，或者在冻胀土区，注意避开冻胀对渠道衬砌工程的作用。 ‘
4．1．1 埋入措施
将渠道构造作为管或涵埋设在冻结深度以下是种可靠的措施，适用于地形起伏不规则地区，但多受水头及造价方面的限制。
4．1．2 架空渠槽
是渠槽和基土脱離需要用桩、墩等构筑物，这样避开冻胀的地方对渠槽的破坏．但是这种方法成本造价一般较高。
4．2 削弱冻胀
用适宜的削弱冻胀措施将渠床基土地的最大冻胀量削减到衬砌结构允许变化范围内。
4．2．1 防渗排水
渠水和渠堤上的地表水入渗的情况是需要防治的，防止地基土冻胀的根本措施就是要隔断水分对冻层的补给和排除地下水。
4．2．2 压实
压实法可使土的密度增加，孔隙率和透水性都减弱，压实土在冻结时，在阻碍水位迁移、聚集上有一定作用。因此，可以通过渠床的压实处理，来达到防冻害的目的。
4．2．3 隔热保温
将隔热保温材料(如：炉碴、泡沫水泥等)布设在衬砌体背后及表面，以减轻或消除寒冷因素，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。
4．2．4 化学处理
在渠床基土中注入化学材料，会使降低土中水的冰点或、增强土的防水性，使冻结了的基土不会发生水分迁移，从而大大减轻冻胀。食盐、氯化钙、氯化镁等是常用的化学材料。
4．2．5 置换
在冻结深度内将衬砌板下的冻胀土换成卵石、粗砂等材料，又称铺设砂砾石垫层，能排除渗水并阻止水分向表层冻结区迁移，从而防止冻害现象发生。
4．3 优化结构
在渠道断面和衬砌设计中采用合理的尺寸和形式，可使其具有削减或回避冻胀的能力，常用的形式有梯形、矩形、u型等，也有的矩形渠渠底为反拱砌石。
结语
建筑工程中，其质量问题关系到国计民生，涉及到千家万户，不容有任何差错。它具有体积大，结构复杂，不同于一般商品的特点，因此，一旦发生重大质量问题，将给企业造成严重损失，甚至影响社会进步乃至国家建筑业的兴衰。
参考文献：
[1]谷党国．全断面现浇混凝土衬砌渠道施工技术[J]．山西建筑，2005，3(11)：130．131．
[2] 任之忠 渠道衬砌工程采用保温与换填防冻措施的设计 防渗技术1998