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[摘要] 对我国灌区渠道防渗的发展历程和季节冻土区渠道防渗发展情况作了概述，分析了季节冻土区灌区渠道防渗发展过程中存在的主要问题，总结了渠道防渗的技术措施。
[关键词] 渠道 防渗 抗冻胀
1.我国灌区渠道防渗的概述
1.1渠道防渗的稳步发展阶段
从20世纪60年代就强调渠系配套，但至今依然是薄弱环节。长期以来，我国灌区干支两级渠道基本上由国家投资，斗及斗以下渠道建筑多以群众自筹为主，斗以下工程配套差，质量也难以保证，且普遍存在着重建轻管现象，渠系工程老化失修，这是造成渠系水利用率较低的主要原因之一。根据许多灌区灌溉系统的现状，如果对渠系进行改造和配套，把现有的渠系水利用系数平均提高0.1，全国每年可增加近400亿m3的供水。因此，必须将渠系配套技术作为节水灌溉的一项重要任务，使现有工程的效益得到充分发挥，常抓不懈。为提高项目实施的科技含量，河北省石津灌区在新技术、新材料、新工艺上进行了积极探索和应用，取得了一定成效。在渠道断面的设计上，从水流条件、抗冻胀效果、施工难易程度、结构是否美观等方面考虑，在不同级别的渠道上选用多种结构形式，形成了大型渠道梯形、中小型渠道弧形的最佳断面组合。在科学试验和研究上，为解决混凝土防渗渠道的冻胀问题，石津灌区分别在总干渠和三条分干渠上设立了试验段，重点对梯形、抛物线形混凝土防渗渠道的冻胀问题进行研究。从防、抗、导三个方面入手，设立了不同结构形式的防渗断面，埋设地温观测仪、冻胀量观测仪等设备。根据实验的初步成果，灌区首次在干渠上进行了聚苯乙烯泡沫保温板的试用工作。在伸缩缝处理上，他们还试用了具有伸缩性大、密度小、不吸水、抗冻、抗渗、抗腐蚀、施工一次成型等优点的闭孔泡沫塑料止水带，使用效果正在做进一步的观察和分析。针对东西向渠道阴坡在水深三分之一处极易出现纵向裂缝的情况进行了割缝处理的实验和研究，在不能解决冻胀的情况下，引导冻胀应力集中，消除裂缝的态意产生，提高混凝土防渗渠道的美观程度。在施工工艺上，梯形渠道混凝土防渗工程推行了电抹子施工工艺，使混凝土防渗表面的平整度和光洁度有了较大程度的提高[1]。
从1998年起国家发改委和水利部重点组织实施了大型灌区的续建配套节水改造项目。到2002年底，共安排投资120亿元，其中中央国债资金62亿元，引导地方配套60多亿元，共对247个大型灌区进行了续建配套和节水改造。衬砌干支防渗渠道5300多公里，配套改造建筑物38000多座，新增、恢复灌溉面积2600多万亩，改善灌溉面积5800多万亩。推动了渠道防渗工程的持续快速发展。
1.2季节冻土区渠道防渗发展情况
我国季节冻土区渠道防渗的发展是随着我国水利工程中的冻与冻害防治的研究而日益发起来的。在20世纪50年代和60年代初，东北开始兴建大型土木工程，遇到了冬季严寒气候条件下进行土方填筑时由于土的冻结而影响填土质量问题，为此，原水利部沈阳土工试验所成立了冻土研究小组和冻土试验室，开展了冻土热学和物理力学性质试验，证明只要控制土的含水量稍低于或接近塑限含水量，并在施工时各工序快速连续作业和适当加大压实功能等措施，在不太低的负气温下进行冬季施工仍能达到较好的压实效果。
到了20世纪60年代初至70年代中期，北方水利建设进行了更大的发展，但由于当时对水工建筑物的冻害问题认识不足和设计中考虑不够，使得许多50年代修建的中小型水工建筑物因地基土冻胀和融沉造成的破坏问题越来越突出。从而引起了东北和西北一些研究所、设计和管理部门的注意，并开始进行灌区水工建筑物冻害状况的调查，建立了野外冻土观测场，开展土冻胀规律的室内和现场观测，同时结合实际工程进行了一些抗冻害措施的试验观测。这一时期的试验研究工作，还只限于少数地方和单位进行，这一阶段的工程还使我们对水工建筑物冻害破坏程度、形式、原因及冻害防治途径有了基本认识，并总结一一些如蓄水保温、桩基涂层、一字形水闸等防治冻害措施和土的某些冻胀规律，也进一步引起了一些地区和部门对水工建筑物冻害严重性的注意，为这个课题的深入研究打下了基础。
在这个时期，水库冰层膨胀力对土坝护坡的破坏作用，以及引水式水电站引渠冰凌堵塞等冰害问题也引起了有关单位的重视，并采取了多种防治措施。从70年代末期到现在，是水利工程中冻土和冻害防治研究所迅速发展时期。1979年，在水电部科技司指导下，成立了包括我国东北、西北十余个省、市、自治区三十余个水利设计、科研、管理单位和院校参加的水工建筑物抗冻技术科研协作组和现有四十余个单位参加的全国水工建筑物抗冻技术情报网。正是这种广泛的科研协作，使得水工建筑物冻害防治研究，体现了科研与生产实践紧密结合，比过去有更大范围地深入开展。这一时期，各地普遍进行了水工建筑物冻害的调查与分析，进一步肯定了我国北方冻害破坏问题的严重性。在此基础上，各地建立了大量的野外和工程点，广泛和深入地进行了土的冻胀、冻胀力、冰压力，以及冻害防治措施等室内外试验，取得了大量成果和技术经验。其中不少研究成果和技术经验已经在工程设计中得到了应用，并取得了良好效果。在采用土质渠道的年代里，其断面形式都是梯形，在坡面上由于早期的积雪覆盖而起到隔热作用，且由于渠道周围的冻结对它的侵入不深。因此，就渠道的冻害而言，除去降雪少或迟，而气温又寒冷的部分地区外，几乎是不成问题。渠道的冻害作为一个重要内容已被提到日程上来。
我国是一个发展中的大国，经济水平较低。因此，各地根据防渗渠道大小、重要程度和各地区不同的气候、地形、地质等条件，广泛选用防渗材料，既包括群众有丰富实践经验的土料、砌石和水泥土防渗材料；也包括性能好、防渗标准高、具有发展前途的膜料、沥青混凝土和混凝土材料。灰土、三合土、四合土和水泥土的抗冻性能较差，宜用于温和地区的防渗渠道。
2.季节冻土区灌区渠道防渗发展过程中存在的主要问题
我国的东北、西北等广大地区，冬季气候寒冷，造成了大地表层土不同深度的冻结，水面形成冻盖层，而春夏转暖时又全部融化。这种现象称为年季节冻结。大地及河湖在年季节冻结和融化过程中，将发生一系列物理力学性质的变化，诸如地表冻胀隆起，融化深陷及冰层膨胀等现象，使许多座落在土基上和以土水为环境的各类工程和建筑物，受到种种动力作用而产生不同部位、不同形式和不同程度的破坏，这就是我们所称的冻害。
我国北方13个省、市、自治区，存在着渠系水工建筑物的冻害问题。渠道的冻害不仅严重影响了现有水利工程效益的发挥，而且在冻害防治上也较为复杂和艰巨。这主要是由下述原因决定的[2]。
首先，渠道都是暴露在野外自然条件下，且它们多是在水中工作，不可避免要经受水结冰的作用，同时地基土的含水量和地下水位一般比较高，加之渠系建筑物的地基多为黏性土，因而冻胀特别大。在这种条件下，要想排除土水的冻结和冻胀对渠道的破坏作用是很困难的。渠道的一个特点是形式多样，结构的平面布置面积较大、地形复杂，因而即使是同一渠道不同的地基土冻深和冻胀量大小及其随时间的发展都具有的不均匀性，并可能受到各种不均匀冻胀力的综合作用，从而也使得地基融化时的沉陷，在不同以及时间或空间上亦有的差别。因此，即使同一建筑物的冻害防治，也往往不是只靠单一的措施所能办到的。
渠道底板、护坡等上部结构荷重都较轻，结构强度亦较小，因而易受到地基土的冻胀和冰推等作用而破坏，只靠加大上部荷重或结构强度来抵御这种破坏作用，往往难于办到。
如前所述，渠道工程量大、分散和线长面广，冻害问题解决得好，将收到很大的经济效益，但这一点也将造成在设计中对地基土的冻胀性评价并从而采取恰当的冻害防治措施，以及在管理上及时检查和维护等工作的困难。此外，就单个渠道来说，本身的建筑费用并不很大，采取较复杂的防治冻胀措施势必大大增加工程费用。由于上述种种原因，目前冻害现象在不少地方的工程中依然发生。根据上述渠道的特点和工作条件，可以认为，在冻害防治的设计上需要从渠道的规划布置、结构形式以及地基处理等方面采取综合措施，在适当加强和充分发挥结构物本身的强度、提高抗冻作用能力和适应一定变形的同时，尽可能地消除、减轻或改变土的冻胀和冰对建筑物破坏作用的程度。
渠道的冻害问题大致可归纳为如下几个方面：①在地基土冻胀力作用下产生上抬、起鼓，以及融化时产生的沉陷、变形、滑塌等造成渠道变形和强度破坏；②薄而刚度小的渠道地板，在底部不均匀法向冻胀力或不均匀融沉的作用下遭到强度破坏，致使地板产生大小不等的裂缝；③土的冻结和融化对坡面填土质量的影响，以及给填土施工带来的困难；④冰压力和冰凌作用，对渠道的破坏，例如渠坡的推移、隆起、开缝、滑塌，以及渠道堵塞等；⑤混凝土护面受冻融作用造成的混凝土剥蚀和强度降低等；⑥浆砌石护面受冻融作用造成的表面破坏等。
3.渠道防渗措施
3.1土料防渗
土料防渗就是将渠基土夯实或者在渠床表面铺统一层夯实的土料防渗层，包括压实素土、黏砂混合土、三合土、四合土、灰土等。土料防渗具有一定的防渗效果，能就地取材，造价低廉，技术简单，群众容易掌握，但允许流速小，抗冻耐久性差，故土料防渗适用于气候温和地区流速较小的中、小型渠道，当地应有丰富的土料资源。若防渗要求高，当地砂石料缺乏，难以采用石料进为衬砌方法时，可利用土壤固化剂(如GA剂)对土料进行固结处理。土料防渗主要有：①土料夯实。土料夯实防渗措施是用人工夯实或机械碾压方法增加土壤的密度，在渠床表面建立透水性很小的防渗层。②黏土护面。在渠床表面铺设一层黏土是减小强透水性土壤渗漏损失的有效措施之一，具有就地取材、施工方便、投资省、防渗效果好等优点。③灰土护面。灰土护面是采用石灰和黏土或黄土的拌和料夯实而成的防渗层。④三合土护面。用石灰、砂、黏土经均匀拌和后，夯实成渠道的防渗护面。
3.2砌石防渗
砌石防渗具有就地取材、施工简单、抗冲、抗磨、耐久等优点。石料有卵石、块石、条石、石板等，砌筑方法有干砌和浆砌两种。
(l)块石衬砌防渗干砌勾缝的护面防渗效果较差，防渗要求较高时不宜采用。浆砌块石护面有护坡式和重力墙式两种。前者工程量小、投资少、应用较普遍；后者多用于容易滑坍的傍山渠段和石料比较丰富的地区，具有耐久、稳定和不易受冰冻影响等优点。
(2)卵石衬砌防渗卵石衬砌也有浆砌和干砌两种。干砌卵石开始主要起防冲作用，使用一段时间后，卵石间的缝隙逐渐被泥砂充填，再经水中矿物盐类的硬化和凝聚作用，便形成了稳定的防渗层。卵石衬砌的施工应按先渠底、后渠坡的顺序铺砌卵石。
3.3砖砌防渗
砖砌护面也是一种因地制宜、就地取才的防渗衬砌措施，其优点是造价低廉/取材方便、施工技术简单、防渗效果较好。衬砌层的厚度可采用一砖平砌或一砖立砌，砖的标号不低于100号。普通砖抗冻性较差，护面易受热胀冷宿及冰冻剥蚀破坏。为了提高抗冻性能和防渗效果，许多地区用特制砖进行衬砌，特制砖有陶砖和釉砖两种。
3.4混凝土衬砌防渗
混凝土衬砌的优点是：①防渗效果好，一般能减少渗漏损失水量的85%~90%以上；②糙率系数小，可提高渠道的输水能力、减少渠道的断面尺寸；③不生杂草，减少淤积，便于养护管理；④经久耐用，一般可用40~50年。
混凝土衬砌广泛采用板形结构，其截面形式有矩形、楔形、肋形、槽形等。矩形板适用于无冻胀地区的渠道；楔形板和肋形板适用于有冻胀地区的渠道；槽形板用于小形渠道的预制安装。大型渠道多采用现场浇筑。现场整体浇筑的U形槽具有水力性能好、断面小、占地少、整体稳定性能好等优点，适用于无冻胀或弱冻胀地区的中小型渠道。在强冻胀地区，U形槽在不均匀冻胀力作用下易整体上移和产生裂缝，不宜采用。混凝土衬砌层的厚度与施工方法、气候、混凝土标号等因素有关。混凝土标号一般采用C10~C20号。现场浇筑的衬砌层比预制安装的厚度稍大。有冻胀破坏地区的衬砌层厚度比无冻胀破坏区的衬砌层要厚一些。预制混凝土板的厚度一般为5~10cm，在无冻胀破坏地区可采用4~8cm预制混凝土板的大小以容易搬动、施工方便为宜，最小为50cm×50cm，最大为100cm×100cm。
混凝土衬砌层在施工时要预留伸缩缝，以适应温度变化、冻胀、基础不均匀沉陷等原因所引起的变形。纵向裂缝一般设在边坡与渠底连接处，当渠底宽度超过6~8cm时，可在渠底中部另加纵缝。渠道边坡上一般不设纵向伸缩缝。伸缩缝宽度一般为1~4cm，缝中填料可采用沥青混合物、聚氯乙烯胶泥和沥青油毡板等。
3.5沥青材料防渗
沥青材料护面具有防渗、耐久、抗碱、造价低、施工简便等优点，常用的沥青材料护面有以下三种：
(1)沥青混凝土它是把青、碎石(或砾石)、砂经加热、拌和、压实而成的防渗材料，具有较好的稳定性、耐久性和良好的防渗效果。对中、小型渠道，护面厚度一般为4一6cm，大型渠道可以加厚到10~15cm，下面设反滤层，在反滤层上面涂一层沥青玛蹄脂排水设施。由于沥青混凝土塑性较好，不必设伸缩缝。为了减少护面的吸热量，可以在护面上加设保护土层。
(2)埋藏式沥青薄膜冻渠床平整、压实、清除杂草后，洒水少许，再将200℃的热沥青用机械喷洒两遍以上，形成一不透水的薄膜，厚度4~5mm。为了防止沥青老化和机械破坏，常铺设素土保护层，厚度对于小渠道约为10~30cm，对于大渠道约为30~50cm。
(3)沥青席沥青席系指用玻璃丝、石棉毡、苇席、麻布等涂料以沥青层后制成的卷材。铺设时互相搭接，接缝用热沥青黏结。沥青玻璃丝布是用在层沥青、两层玻璃丝布加金属网制成。有明铺式和暗藏式两种。还可与混凝土护面结合，铺设在混凝土块下面，可提高混凝土的防渗效果。
3.6塑料薄膜防渗
在渠床上铺设塑料薄膜可以有效地防止渠道渗漏，这种防渗措施具有重量轻、运输方便、施工简单、造价低、耐腐蚀、防渗效果好等优点。据国外试验资料统计，塑料薄膜防渗有效期可达15~25年。一般都采用埋藏式，保护层可用素土夯实或加铺防冲材料，总厚度应不小于30cm。在寒冷地区，冻土深度较大，保护层厚度常取冻土深度的1/3~1/2。铺设塑料薄膜之前，在挖方渠道的两侧肩部各做宽20~30cm的沟槽，将薄膜边缘埋入沟槽内，以防薄膜下滑。在填方渠道施工时，先填筑到薄膜铺设高度处，接着铺设薄膜，加设保护层，然后再继续向上铺筑渠堤。为防止杂草丛生，草根穿透薄膜，在基床表面需喷洒氯酸钠溶液，其用量为2kg/m2.薄膜接缝用焊接、搭接及化学溶剂(如树脂等)交结，在薄膜品种不同时只能用搭接，搭接长度为5cm左右。
除以上防渗措施外，还有砂土或砂壤土中掺入水泥，铺筑成水泥土衬砌层；复合土工膜料防渗；也有在渠水中拌入细粒黏土，淤填砂质土渠床的土壤孔隙，减少渠床渗漏的人工挂淤防渗；还有在渠床土壤掺入食盐、水玻璃以及含大量有机质的胶体溶液，减少土壤渗透能力的化学防渗方法等。其中混凝土材料占有很大的比重，根据国内外的实测结果，一般渠灌区的干、支、斗、农渠采用黏土夯实能减少渗漏损失量45%左右，采用混凝土衬砌能减少渗漏损失量70%~75%，采用塑料薄膜衬砌能减少渗漏损失量80%左右；对大型灌区渠道防渗可使渠系水利用系数提高0.2~0.4，减少渠道渗漏损失50%~90%。因此，积极推进渠系防渗，是减少水损失的重要技措施。
参考文献：
[1] 秦治汾，颜瑞温，李海平，等.渠道防渗衬砌工程的冻害及防治措施简介[J].山西水利科技，2000(3)：32-35.
[2] 王克谦.复合式衬砌渠道抗渗设计初探[J].甘肃水利水电技术，1990（2）:29-34.
[3] 何武全，邢义川，蔡明科，等. 渠道防渗抗冻新材料与新技术[J].节水灌溉，2003（1）：4-5.
[4] 曹政权，齐广平，李涛，等. 灌溉渠道防渗措施应用现状分析[J]. 甘肃农业大学学报,2006(04)：116-120.
[关键词] 渠道 防渗 抗冻胀
1.我国灌区渠道防渗的概述
1.1渠道防渗的稳步发展阶段
从20世纪60年代就强调渠系配套，但至今依然是薄弱环节。长期以来，我国灌区干支两级渠道基本上由国家投资，斗及斗以下渠道建筑多以群众自筹为主，斗以下工程配套差，质量也难以保证，且普遍存在着重建轻管现象，渠系工程老化失修，这是造成渠系水利用率较低的主要原因之一。根据许多灌区灌溉系统的现状，如果对渠系进行改造和配套，把现有的渠系水利用系数平均提高0.1，全国每年可增加近400亿m3的供水。因此，必须将渠系配套技术作为节水灌溉的一项重要任务，使现有工程的效益得到充分发挥，常抓不懈。为提高项目实施的科技含量，河北省石津灌区在新技术、新材料、新工艺上进行了积极探索和应用，取得了一定成效。在渠道断面的设计上，从水流条件、抗冻胀效果、施工难易程度、结构是否美观等方面考虑，在不同级别的渠道上选用多种结构形式，形成了大型渠道梯形、中小型渠道弧形的最佳断面组合。在科学试验和研究上，为解决混凝土防渗渠道的冻胀问题，石津灌区分别在总干渠和三条分干渠上设立了试验段，重点对梯形、抛物线形混凝土防渗渠道的冻胀问题进行研究。从防、抗、导三个方面入手，设立了不同结构形式的防渗断面，埋设地温观测仪、冻胀量观测仪等设备。根据实验的初步成果，灌区首次在干渠上进行了聚苯乙烯泡沫保温板的试用工作。在伸缩缝处理上，他们还试用了具有伸缩性大、密度小、不吸水、抗冻、抗渗、抗腐蚀、施工一次成型等优点的闭孔泡沫塑料止水带，使用效果正在做进一步的观察和分析。针对东西向渠道阴坡在水深三分之一处极易出现纵向裂缝的情况进行了割缝处理的实验和研究，在不能解决冻胀的情况下，引导冻胀应力集中，消除裂缝的态意产生，提高混凝土防渗渠道的美观程度。在施工工艺上，梯形渠道混凝土防渗工程推行了电抹子施工工艺，使混凝土防渗表面的平整度和光洁度有了较大程度的提高[1]。
从1998年起国家发改委和水利部重点组织实施了大型灌区的续建配套节水改造项目。到2002年底，共安排投资120亿元，其中中央国债资金62亿元，引导地方配套60多亿元，共对247个大型灌区进行了续建配套和节水改造。衬砌干支防渗渠道5300多公里，配套改造建筑物38000多座，新增、恢复灌溉面积2600多万亩，改善灌溉面积5800多万亩。推动了渠道防渗工程的持续快速发展。
1.2季节冻土区渠道防渗发展情况
我国季节冻土区渠道防渗的发展是随着我国水利工程中的冻与冻害防治的研究而日益发起来的。在20世纪50年代和60年代初，东北开始兴建大型土木工程，遇到了冬季严寒气候条件下进行土方填筑时由于土的冻结而影响填土质量问题，为此，原水利部沈阳土工试验所成立了冻土研究小组和冻土试验室，开展了冻土热学和物理力学性质试验，证明只要控制土的含水量稍低于或接近塑限含水量，并在施工时各工序快速连续作业和适当加大压实功能等措施，在不太低的负气温下进行冬季施工仍能达到较好的压实效果。
到了20世纪60年代初至70年代中期，北方水利建设进行了更大的发展，但由于当时对水工建筑物的冻害问题认识不足和设计中考虑不够，使得许多50年代修建的中小型水工建筑物因地基土冻胀和融沉造成的破坏问题越来越突出。从而引起了东北和西北一些研究所、设计和管理部门的注意，并开始进行灌区水工建筑物冻害状况的调查，建立了野外冻土观测场，开展土冻胀规律的室内和现场观测，同时结合实际工程进行了一些抗冻害措施的试验观测。这一时期的试验研究工作，还只限于少数地方和单位进行，这一阶段的工程还使我们对水工建筑物冻害破坏程度、形式、原因及冻害防治途径有了基本认识，并总结一一些如蓄水保温、桩基涂层、一字形水闸等防治冻害措施和土的某些冻胀规律，也进一步引起了一些地区和部门对水工建筑物冻害严重性的注意，为这个课题的深入研究打下了基础。
在这个时期，水库冰层膨胀力对土坝护坡的破坏作用，以及引水式水电站引渠冰凌堵塞等冰害问题也引起了有关单位的重视，并采取了多种防治措施。从70年代末期到现在，是水利工程中冻土和冻害防治研究所迅速发展时期。1979年，在水电部科技司指导下，成立了包括我国东北、西北十余个省、市、自治区三十余个水利设计、科研、管理单位和院校参加的水工建筑物抗冻技术科研协作组和现有四十余个单位参加的全国水工建筑物抗冻技术情报网。正是这种广泛的科研协作，使得水工建筑物冻害防治研究，体现了科研与生产实践紧密结合，比过去有更大范围地深入开展。这一时期，各地普遍进行了水工建筑物冻害的调查与分析，进一步肯定了我国北方冻害破坏问题的严重性。在此基础上，各地建立了大量的野外和工程点，广泛和深入地进行了土的冻胀、冻胀力、冰压力，以及冻害防治措施等室内外试验，取得了大量成果和技术经验。其中不少研究成果和技术经验已经在工程设计中得到了应用，并取得了良好效果。在采用土质渠道的年代里，其断面形式都是梯形，在坡面上由于早期的积雪覆盖而起到隔热作用，且由于渠道周围的冻结对它的侵入不深。因此，就渠道的冻害而言，除去降雪少或迟，而气温又寒冷的部分地区外，几乎是不成问题。渠道的冻害作为一个重要内容已被提到日程上来。
我国是一个发展中的大国，经济水平较低。因此，各地根据防渗渠道大小、重要程度和各地区不同的气候、地形、地质等条件，广泛选用防渗材料，既包括群众有丰富实践经验的土料、砌石和水泥土防渗材料；也包括性能好、防渗标准高、具有发展前途的膜料、沥青混凝土和混凝土材料。灰土、三合土、四合土和水泥土的抗冻性能较差，宜用于温和地区的防渗渠道。
2.季节冻土区灌区渠道防渗发展过程中存在的主要问题
我国的东北、西北等广大地区，冬季气候寒冷，造成了大地表层土不同深度的冻结，水面形成冻盖层，而春夏转暖时又全部融化。这种现象称为年季节冻结。大地及河湖在年季节冻结和融化过程中，将发生一系列物理力学性质的变化，诸如地表冻胀隆起，融化深陷及冰层膨胀等现象，使许多座落在土基上和以土水为环境的各类工程和建筑物，受到种种动力作用而产生不同部位、不同形式和不同程度的破坏，这就是我们所称的冻害。
我国北方13个省、市、自治区，存在着渠系水工建筑物的冻害问题。渠道的冻害不仅严重影响了现有水利工程效益的发挥，而且在冻害防治上也较为复杂和艰巨。这主要是由下述原因决定的[2]。
首先，渠道都是暴露在野外自然条件下，且它们多是在水中工作，不可避免要经受水结冰的作用，同时地基土的含水量和地下水位一般比较高，加之渠系建筑物的地基多为黏性土，因而冻胀特别大。在这种条件下，要想排除土水的冻结和冻胀对渠道的破坏作用是很困难的。渠道的一个特点是形式多样，结构的平面布置面积较大、地形复杂，因而即使是同一渠道不同的地基土冻深和冻胀量大小及其随时间的发展都具有的不均匀性，并可能受到各种不均匀冻胀力的综合作用，从而也使得地基融化时的沉陷，在不同以及时间或空间上亦有的差别。因此，即使同一建筑物的冻害防治，也往往不是只靠单一的措施所能办到的。
渠道底板、护坡等上部结构荷重都较轻，结构强度亦较小，因而易受到地基土的冻胀和冰推等作用而破坏，只靠加大上部荷重或结构强度来抵御这种破坏作用，往往难于办到。
如前所述，渠道工程量大、分散和线长面广，冻害问题解决得好，将收到很大的经济效益，但这一点也将造成在设计中对地基土的冻胀性评价并从而采取恰当的冻害防治措施，以及在管理上及时检查和维护等工作的困难。此外，就单个渠道来说，本身的建筑费用并不很大，采取较复杂的防治冻胀措施势必大大增加工程费用。由于上述种种原因，目前冻害现象在不少地方的工程中依然发生。根据上述渠道的特点和工作条件，可以认为，在冻害防治的设计上需要从渠道的规划布置、结构形式以及地基处理等方面采取综合措施，在适当加强和充分发挥结构物本身的强度、提高抗冻作用能力和适应一定变形的同时，尽可能地消除、减轻或改变土的冻胀和冰对建筑物破坏作用的程度。
渠道的冻害问题大致可归纳为如下几个方面：①在地基土冻胀力作用下产生上抬、起鼓，以及融化时产生的沉陷、变形、滑塌等造成渠道变形和强度破坏；②薄而刚度小的渠道地板，在底部不均匀法向冻胀力或不均匀融沉的作用下遭到强度破坏，致使地板产生大小不等的裂缝；③土的冻结和融化对坡面填土质量的影响，以及给填土施工带来的困难；④冰压力和冰凌作用，对渠道的破坏，例如渠坡的推移、隆起、开缝、滑塌，以及渠道堵塞等；⑤混凝土护面受冻融作用造成的混凝土剥蚀和强度降低等；⑥浆砌石护面受冻融作用造成的表面破坏等。
3.渠道防渗措施
3.1土料防渗
土料防渗就是将渠基土夯实或者在渠床表面铺统一层夯实的土料防渗层，包括压实素土、黏砂混合土、三合土、四合土、灰土等。土料防渗具有一定的防渗效果，能就地取材，造价低廉，技术简单，群众容易掌握，但允许流速小，抗冻耐久性差，故土料防渗适用于气候温和地区流速较小的中、小型渠道，当地应有丰富的土料资源。若防渗要求高，当地砂石料缺乏，难以采用石料进为衬砌方法时，可利用土壤固化剂(如GA剂)对土料进行固结处理。土料防渗主要有：①土料夯实。土料夯实防渗措施是用人工夯实或机械碾压方法增加土壤的密度，在渠床表面建立透水性很小的防渗层。②黏土护面。在渠床表面铺设一层黏土是减小强透水性土壤渗漏损失的有效措施之一，具有就地取材、施工方便、投资省、防渗效果好等优点。③灰土护面。灰土护面是采用石灰和黏土或黄土的拌和料夯实而成的防渗层。④三合土护面。用石灰、砂、黏土经均匀拌和后，夯实成渠道的防渗护面。
3.2砌石防渗
砌石防渗具有就地取材、施工简单、抗冲、抗磨、耐久等优点。石料有卵石、块石、条石、石板等，砌筑方法有干砌和浆砌两种。
(l)块石衬砌防渗干砌勾缝的护面防渗效果较差，防渗要求较高时不宜采用。浆砌块石护面有护坡式和重力墙式两种。前者工程量小、投资少、应用较普遍；后者多用于容易滑坍的傍山渠段和石料比较丰富的地区，具有耐久、稳定和不易受冰冻影响等优点。
(2)卵石衬砌防渗卵石衬砌也有浆砌和干砌两种。干砌卵石开始主要起防冲作用，使用一段时间后，卵石间的缝隙逐渐被泥砂充填，再经水中矿物盐类的硬化和凝聚作用，便形成了稳定的防渗层。卵石衬砌的施工应按先渠底、后渠坡的顺序铺砌卵石。
3.3砖砌防渗
砖砌护面也是一种因地制宜、就地取才的防渗衬砌措施，其优点是造价低廉/取材方便、施工技术简单、防渗效果较好。衬砌层的厚度可采用一砖平砌或一砖立砌，砖的标号不低于100号。普通砖抗冻性较差，护面易受热胀冷宿及冰冻剥蚀破坏。为了提高抗冻性能和防渗效果，许多地区用特制砖进行衬砌，特制砖有陶砖和釉砖两种。
3.4混凝土衬砌防渗
混凝土衬砌的优点是：①防渗效果好，一般能减少渗漏损失水量的85%~90%以上；②糙率系数小，可提高渠道的输水能力、减少渠道的断面尺寸；③不生杂草，减少淤积，便于养护管理；④经久耐用，一般可用40~50年。
混凝土衬砌广泛采用板形结构，其截面形式有矩形、楔形、肋形、槽形等。矩形板适用于无冻胀地区的渠道；楔形板和肋形板适用于有冻胀地区的渠道；槽形板用于小形渠道的预制安装。大型渠道多采用现场浇筑。现场整体浇筑的U形槽具有水力性能好、断面小、占地少、整体稳定性能好等优点，适用于无冻胀或弱冻胀地区的中小型渠道。在强冻胀地区，U形槽在不均匀冻胀力作用下易整体上移和产生裂缝，不宜采用。混凝土衬砌层的厚度与施工方法、气候、混凝土标号等因素有关。混凝土标号一般采用C10~C20号。现场浇筑的衬砌层比预制安装的厚度稍大。有冻胀破坏地区的衬砌层厚度比无冻胀破坏区的衬砌层要厚一些。预制混凝土板的厚度一般为5~10cm，在无冻胀破坏地区可采用4~8cm预制混凝土板的大小以容易搬动、施工方便为宜，最小为50cm×50cm，最大为100cm×100cm。
混凝土衬砌层在施工时要预留伸缩缝，以适应温度变化、冻胀、基础不均匀沉陷等原因所引起的变形。纵向裂缝一般设在边坡与渠底连接处，当渠底宽度超过6~8cm时，可在渠底中部另加纵缝。渠道边坡上一般不设纵向伸缩缝。伸缩缝宽度一般为1~4cm，缝中填料可采用沥青混合物、聚氯乙烯胶泥和沥青油毡板等。
3.5沥青材料防渗
沥青材料护面具有防渗、耐久、抗碱、造价低、施工简便等优点，常用的沥青材料护面有以下三种：
(1)沥青混凝土它是把青、碎石(或砾石)、砂经加热、拌和、压实而成的防渗材料，具有较好的稳定性、耐久性和良好的防渗效果。对中、小型渠道，护面厚度一般为4一6cm，大型渠道可以加厚到10~15cm，下面设反滤层，在反滤层上面涂一层沥青玛蹄脂排水设施。由于沥青混凝土塑性较好，不必设伸缩缝。为了减少护面的吸热量，可以在护面上加设保护土层。
(2)埋藏式沥青薄膜冻渠床平整、压实、清除杂草后，洒水少许，再将200℃的热沥青用机械喷洒两遍以上，形成一不透水的薄膜，厚度4~5mm。为了防止沥青老化和机械破坏，常铺设素土保护层，厚度对于小渠道约为10~30cm，对于大渠道约为30~50cm。
(3)沥青席沥青席系指用玻璃丝、石棉毡、苇席、麻布等涂料以沥青层后制成的卷材。铺设时互相搭接，接缝用热沥青黏结。沥青玻璃丝布是用在层沥青、两层玻璃丝布加金属网制成。有明铺式和暗藏式两种。还可与混凝土护面结合，铺设在混凝土块下面，可提高混凝土的防渗效果。
3.6塑料薄膜防渗
在渠床上铺设塑料薄膜可以有效地防止渠道渗漏，这种防渗措施具有重量轻、运输方便、施工简单、造价低、耐腐蚀、防渗效果好等优点。据国外试验资料统计，塑料薄膜防渗有效期可达15~25年。一般都采用埋藏式，保护层可用素土夯实或加铺防冲材料，总厚度应不小于30cm。在寒冷地区，冻土深度较大，保护层厚度常取冻土深度的1/3~1/2。铺设塑料薄膜之前，在挖方渠道的两侧肩部各做宽20~30cm的沟槽，将薄膜边缘埋入沟槽内，以防薄膜下滑。在填方渠道施工时，先填筑到薄膜铺设高度处，接着铺设薄膜，加设保护层，然后再继续向上铺筑渠堤。为防止杂草丛生，草根穿透薄膜，在基床表面需喷洒氯酸钠溶液，其用量为2kg/m2.薄膜接缝用焊接、搭接及化学溶剂(如树脂等)交结，在薄膜品种不同时只能用搭接，搭接长度为5cm左右。
除以上防渗措施外，还有砂土或砂壤土中掺入水泥，铺筑成水泥土衬砌层；复合土工膜料防渗；也有在渠水中拌入细粒黏土，淤填砂质土渠床的土壤孔隙，减少渠床渗漏的人工挂淤防渗；还有在渠床土壤掺入食盐、水玻璃以及含大量有机质的胶体溶液，减少土壤渗透能力的化学防渗方法等。其中混凝土材料占有很大的比重，根据国内外的实测结果，一般渠灌区的干、支、斗、农渠采用黏土夯实能减少渗漏损失量45%左右，采用混凝土衬砌能减少渗漏损失量70%~75%，采用塑料薄膜衬砌能减少渗漏损失量80%左右；对大型灌区渠道防渗可使渠系水利用系数提高0.2~0.4，减少渠道渗漏损失50%~90%。因此，积极推进渠系防渗，是减少水损失的重要技措施。
参考文献：
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