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摘要：渠道的防渗抗冻问题一直是北方水利工程的一大难题，如何解决渠道冻害直接关乎到我国北方水利工程的建设和发展。本文分析了防渗渠道冻胀的破坏形式及其原因，以及在抗冻措施选择中注意的问题，并提出了防渗渠道的抗冻施工对策。
关键词：防渗抗冻；设计措施；技术措施
在我国寒冷的北方地区，渠道防渗工程易受到冻害破坏，一旦开始了冻胀，一般的衬砌结构经过反复的冻结溶化就会断裂，导致防渗失效。因此在寒冷的北方地区渠道防渗抗冻措施是否得当至关重要。
一、防渗渠道产生冻胀破坏后表现形式及原因
每年春季冰雪融化后，在春季灌溉前，沿着防渗渠道检查，常会发现个别渠段边坡砼板、底板、封顶板翘起、板块错位、裂缝、建筑物与渠道连接砼隔墙沉陷、结构缝缝宽增大、填充物脱落，连接段扭面变形，严重的可造成边坡砼板大片滑塌等。
（1） 渠道在地基上的冻胀作用下破坏
地基土中的水冻结成冰时，产生胶结力，使冻土与基础牢固地胶结在一起。由于渠道基础与冻土胶结在一起，它对土的冻胀具有约束作用，冻土就会对基础产生冻胀力。在不均匀冻胀力的作用下，当渠道底板产生不均匀变形或者丧失稳定性时，渠道则产生冻胀破坏。这是季节性冻土区渠道冻害产生的主要原因。
（2）渠道在地基土的融沉作用下破坏
冻土中的冰融化以后体积缩小，使土在自重作用下产生一定量的下沉。冰变成水后，在水自重和外荷载作用下沿孔隙排除从而使土进一步压缩下沉。当渠道边坡在地基土融化时，渠道边坡各部分因地基土的土质和含水量不同而产生不均匀沉降。当沉降量超过允许变形量时，边坡则会产生滑塌破坏。季节性冻土区渠道单纯由融沉作用破坏的不多见。但由于融沉作用加重了渠道的破坏是较多的。
（3）在冰荷载的作用下渠道破坏
在季节性冻土地区，灌溉渠道在冬季封冻，解冻期间，渠道边坡因受静冰压力或动冰压力作用而造成破坏。
二、渠道抗冻机理
影响渠道冻胀变形的基本因素有三个：一是持续长时间的负温；二是渠床基土属冻涨性土壤，即土体颗粒分散性较大，冻结期内土壤水分迁移较为明显，冻涨性较强的土壤；三是埋深较浅的地下水或补给充足的土壤水及毛管水。衬砌渠道冻涨的最根本的特点是渠道冻胀分布的不均匀。
三、渠道冻胀设计措施
在寒冷的北方地区，为了保障渠道建成后，安全有效的运行，在渠道防渗工程结构设计中要着力解决好渗漏、冻胀、扬压力、冲刷、磨损、淤积等问题。而其中最关键的环节是抗冻胀设计和施工，防止渠道和建筑物在冰、冻融和冻胀作用下遭受破坏，影响渠道的运行安全。
（1）做好抗冻胀厚度的测算，依据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006），根据确定的多年最大冻深值，计算不同地下水位埋深时的设计冻深值。同时，要根据渠道的走向，分别计算渠道阴阳坡和渠道底板的设计冻深，为渠道在不同部位的防冻垫层换填厚度设计时提供可靠的依据。
（2）做好抗冻胀材料质量评价和材料的选择。抗冻胀材料尽量选择当地的砂砾石和风积沙材料作为渠道的抗冻换填材料，且在挖方渠道或半填半挖渠道，为避免渠道两侧农田灌溉对渠道边坡产生侧渗，使渠道边坡板整体遭受顶托破坏，必须采用砂砾石和风积沙作抗冻材料，以确保渠道运行安全；对填方渠道根据投资比较，可优选苯板、砂砾石或风积沙。
（3）渠道设计时需注意地下水位施测时间是否在高水位期，设计时需要求地质专业提供地下水的动态变化，除渠道本身地下水，还要考虑临近灌区地下水的补给影响，采取渠道防渗的渠道，设计时应注意地下水位应控制在渠道底板以下1.0m，否则，渠道底板应采取透水性设计或在渠道两侧挖排水渠道降低地水水位，以确保渠道运行安全。
（4）在紧靠灌区、水库、湖泊的非冻胀性土的地段，一定要设防冻体，因为此渠段的冬季地下水变化幅度较大，会导致防渗体冻胀破坏。
（5）用当地材料风积砂做防冻体的梯形渠道，为防止由于运行中水流带出砼预制板的细颗粒，导致渠道运行不安全，一般要在砼预制板下加一道塑膜。
四、防渗抗冻的技术措施
根据冻害形成原因分析，防渗工程是否产生冻胀破坏、其破坏程度大小，取决于土冻结时水分迁移和冻胀作用，而这些作用又和灌区改造渠系段的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。因而，防治衬砌工程的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程实地情况从渠系规划设计、渠基处理、基础排水、保温，以及衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手，全盘考虑。
（一）进行合理的渠道选线与渠系布置
在渠道选线时，要意识到这对于防治冻胀的关系极大，如果条件允许的话，要尽量让渠线经过之处主要是粗粒土。在地下水位比较深的地方，在地基透水性不好而地下水位又比较高的地方，就要尽可能地建成填方渠道，从而抬高渠底。在灌区之内的渠系布置上，要注意到防止田间灌溉渗漏水，从而导致冻胀。要在地块和下一条渠道中间设计出一条林带与道路，从而延长渗漏的途径，还应在管理上同步采取措施，以杜绝穿过耕地的渠道运用深挖方断面，这是由于此时的冻胀情况最为严重。
（二）采取结构抗冻设计措施
运用结构抗冻设计，一般是采用U形或者弧形底梯形断面渠道的形式，从而抗击冻胀。U形渠道变形要将整体上抬作为主要形式，冻胀变形情况较为均匀。弧形渠底则具有相当的抗冻胀作用，在受冻胀影响时因为变形比较均匀，因而十分适宜于寒冷地区的渠道设计。因为U形渠道主要采用预制混凝土板进行拼结，但是在实际施工过程中，由于预制的尺寸是有限的，而且大型U形混凝土板在进行拼接过程中，还存在有相当的困难，所以U形渠道一般用于流量比较小的支渠以及支渠以下的渠道，但弧形底梯形断面渠道由于不受上面这些因素的影响，在干渠和支渠中经常会被采用。
（三）渠道衬砌结构形式
渠道衬砌结构形式选择，要按照从降低基础含水率，增加砌体刚度、抵抗冻胀角度三个方面考虑。通过多年实践和探索，交口灌区主要采用以下几种衬砌方式：1）全断面板膜复合结构。在土模上全断面铺设复聚乙烯复合土工膜，在土工膜和衬砌板之间铺设20mm厚M5.0水泥砂浆过渡层。这种形式适用于地下水位低的填方渠段。2）预制钢筋砼板。适用于灌区地下水位相对较高的渠段，以及较大的弧脚梯形断面。3）U形现浇式适用于小流量地质条件要求不高，地下水位较高渠段。
（四）运用隔热保温材料
可以将隔热保温材料设置在衬砌体的下部，从而消减冻深与冻胀，并相应地减小置换的深度，以割断下层土所产生的水分补给，这也是一种简便有效的抗冻胀办法。聚苯乙烯泡沫板则是一种较为适宜的保温材料。聚苯乙烯泡沫作为一种新出现的保温材料，有较轻的自重、较高的强度、较低的吸水性、较好的隔热保温性能，而且价格又低，施工较为方便，因而已在国内、外进行了广泛应用。在具体的渠道设计之中，可以依据1cm苯板厚度相当于8至10cm 砂砾石垫层的厚度来计算出需要置换的深度，再经过热工计算，换算成苯板的厚度。
四、结束语
在我国寒冷的北方做好渠道的防渗抗冻措施日益重要，因此，我们在进行渠道的设计、施工时，对渠道工程防冻胀处理方式的选择，既要防冻胀破坏，又要防渗，也关系到渠道的造价和施工的难易，必须合理优化，提高渠系水利用系数。要综合考虑设计的科学性、合理性和规范性，同时在渠道防渗衬砌工程中，采用新技术、新工艺、新材料、开发新设备，在渠道的防渗抗冻重起到了良好的互补作用。
参考文献：
[1]王树洲.渠道抗冻防渗设计探讨[J].东北水利水电，2007，（8）.
[2]陈金良.北方渠道防渗抗冻技术研究与进展[J].科技资讯，2009，（16）.
摘要：渠道的防渗抗冻问题一直是北方水利工程的一大难题，如何解决渠道冻害直接关乎到我国北方水利工程的建设和发展。本文分析了防渗渠道冻胀的破坏形式及其原因，以及在抗冻措施选择中注意的问题，并提出了防渗渠道的抗冻施工对策。
关键词：防渗抗冻；设计措施；技术措施
在我国寒冷的北方地区，渠道防渗工程易受到冻害破坏，一旦开始了冻胀，一般的衬砌结构经过反复的冻结溶化就会断裂，导致防渗失效。因此在寒冷的北方地区渠道防渗抗冻措施是否得当至关重要。
一、防渗渠道产生冻胀破坏后表现形式及原因
每年春季冰雪融化后，在春季灌溉前，沿着防渗渠道检查，常会发现个别渠段边坡砼板、底板、封顶板翘起、板块错位、裂缝、建筑物与渠道连接砼隔墙沉陷、结构缝缝宽增大、填充物脱落，连接段扭面变形，严重的可造成边坡砼板大片滑塌等。
（1） 渠道在地基上的冻胀作用下破坏
地基土中的水冻结成冰时，产生胶结力，使冻土与基础牢固地胶结在一起。由于渠道基础与冻土胶结在一起，它对土的冻胀具有约束作用，冻土就会对基础产生冻胀力。在不均匀冻胀力的作用下，当渠道底板产生不均匀变形或者丧失稳定性时，渠道则产生冻胀破坏。这是季节性冻土区渠道冻害产生的主要原因。
（2）渠道在地基土的融沉作用下破坏
冻土中的冰融化以后体积缩小，使土在自重作用下产生一定量的下沉。冰变成水后，在水自重和外荷载作用下沿孔隙排除从而使土进一步压缩下沉。当渠道边坡在地基土融化时，渠道边坡各部分因地基土的土质和含水量不同而产生不均匀沉降。当沉降量超过允许变形量时，边坡则会产生滑塌破坏。季节性冻土区渠道单纯由融沉作用破坏的不多见。但由于融沉作用加重了渠道的破坏是较多的。
（3）在冰荷载的作用下渠道破坏
在季节性冻土地区，灌溉渠道在冬季封冻，解冻期间，渠道边坡因受静冰压力或动冰压力作用而造成破坏。
二、渠道抗冻机理
影响渠道冻胀变形的基本因素有三个：一是持续长时间的负温；二是渠床基土属冻涨性土壤，即土体颗粒分散性较大，冻结期内土壤水分迁移较为明显，冻涨性较强的土壤；三是埋深较浅的地下水或补给充足的土壤水及毛管水。衬砌渠道冻涨的最根本的特点是渠道冻胀分布的不均匀。
三、渠道冻胀设计措施
在寒冷的北方地区，为了保障渠道建成后，安全有效的运行，在渠道防渗工程结构设计中要着力解决好渗漏、冻胀、扬压力、冲刷、磨损、淤积等问题。而其中最关键的环节是抗冻胀设计和施工，防止渠道和建筑物在冰、冻融和冻胀作用下遭受破坏，影响渠道的运行安全。
（1）做好抗冻胀厚度的测算，依据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23-2006），根据确定的多年最大冻深值，计算不同地下水位埋深时的设计冻深值。同时，要根据渠道的走向，分别计算渠道阴阳坡和渠道底板的设计冻深，为渠道在不同部位的防冻垫层换填厚度设计时提供可靠的依据。
（2）做好抗冻胀材料质量评价和材料的选择。抗冻胀材料尽量选择当地的砂砾石和风积沙材料作为渠道的抗冻换填材料，且在挖方渠道或半填半挖渠道，为避免渠道两侧农田灌溉对渠道边坡产生侧渗，使渠道边坡板整体遭受顶托破坏，必须采用砂砾石和风积沙作抗冻材料，以确保渠道运行安全；对填方渠道根据投资比较，可优选苯板、砂砾石或风积沙。
（3）渠道设计时需注意地下水位施测时间是否在高水位期，设计时需要求地质专业提供地下水的动态变化，除渠道本身地下水，还要考虑临近灌区地下水的补给影响，采取渠道防渗的渠道，设计时应注意地下水位应控制在渠道底板以下1.0m，否则，渠道底板应采取透水性设计或在渠道两侧挖排水渠道降低地水水位，以确保渠道运行安全。
（4）在紧靠灌区、水库、湖泊的非冻胀性土的地段，一定要设防冻体，因为此渠段的冬季地下水变化幅度较大，会导致防渗体冻胀破坏。
（5）用当地材料风积砂做防冻体的梯形渠道，为防止由于运行中水流带出砼预制板的细颗粒，导致渠道运行不安全，一般要在砼预制板下加一道塑膜。
四、防渗抗冻的技术措施
根据冻害形成原因分析，防渗工程是否产生冻胀破坏、其破坏程度大小，取决于土冻结时水分迁移和冻胀作用，而这些作用又和灌区改造渠系段的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。因而，防治衬砌工程的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程实地情况从渠系规划设计、渠基处理、基础排水、保温，以及衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手，全盘考虑。
（一）进行合理的渠道选线与渠系布置
在渠道选线时，要意识到这对于防治冻胀的关系极大，如果条件允许的话，要尽量让渠线经过之处主要是粗粒土。在地下水位比较深的地方，在地基透水性不好而地下水位又比较高的地方，就要尽可能地建成填方渠道，从而抬高渠底。在灌区之内的渠系布置上，要注意到防止田间灌溉渗漏水，从而导致冻胀。要在地块和下一条渠道中间设计出一条林带与道路，从而延长渗漏的途径，还应在管理上同步采取措施，以杜绝穿过耕地的渠道运用深挖方断面，这是由于此时的冻胀情况最为严重。
（二）采取结构抗冻设计措施
运用结构抗冻设计，一般是采用U形或者弧形底梯形断面渠道的形式，从而抗击冻胀。U形渠道变形要将整体上抬作为主要形式，冻胀变形情况较为均匀。弧形渠底则具有相当的抗冻胀作用，在受冻胀影响时因为变形比较均匀，因而十分适宜于寒冷地区的渠道设计。因为U形渠道主要采用预制混凝土板进行拼结，但是在实际施工过程中，由于预制的尺寸是有限的，而且大型U形混凝土板在进行拼接过程中，还存在有相当的困难，所以U形渠道一般用于流量比较小的支渠以及支渠以下的渠道，但弧形底梯形断面渠道由于不受上面这些因素的影响，在干渠和支渠中经常会被采用。
（三）渠道衬砌结构形式
渠道衬砌结构形式选择，要按照从降低基础含水率，增加砌体刚度、抵抗冻胀角度三个方面考虑。通过多年实践和探索，交口灌区主要采用以下几种衬砌方式：1）全断面板膜复合结构。在土模上全断面铺设复聚乙烯复合土工膜，在土工膜和衬砌板之间铺设20mm厚M5.0水泥砂浆过渡层。这种形式适用于地下水位低的填方渠段。2）预制钢筋砼板。适用于灌区地下水位相对较高的渠段，以及较大的弧脚梯形断面。3）U形现浇式适用于小流量地质条件要求不高，地下水位较高渠段。
（四）运用隔热保温材料
可以将隔热保温材料设置在衬砌体的下部，从而消减冻深与冻胀，并相应地减小置换的深度，以割断下层土所产生的水分补给，这也是一种简便有效的抗冻胀办法。聚苯乙烯泡沫板则是一种较为适宜的保温材料。聚苯乙烯泡沫作为一种新出现的保温材料，有较轻的自重、较高的强度、较低的吸水性、较好的隔热保温性能，而且价格又低，施工较为方便，因而已在国内、外进行了广泛应用。在具体的渠道设计之中，可以依据1cm苯板厚度相当于8至10cm 砂砾石垫层的厚度来计算出需要置换的深度，再经过热工计算，换算成苯板的厚度。
四、结束语
在我国寒冷的北方做好渠道的防渗抗冻措施日益重要，因此，我们在进行渠道的设计、施工时，对渠道工程防冻胀处理方式的选择，既要防冻胀破坏，又要防渗，也关系到渠道的造价和施工的难易，必须合理优化，提高渠系水利用系数。要综合考虑设计的科学性、合理性和规范性，同时在渠道防渗衬砌工程中，采用新技术、新工艺、新材料、开发新设备，在渠道的防渗抗冻重起到了良好的互补作用。
参考文献：
[1]王树洲.渠道抗冻防渗设计探讨[J].东北水利水电，2007，（8）.
[2]陈金良.北方渠道防渗抗冻技术研究与进展[J].科技资讯，2009，（16）.