摘要：渠道凍害是西北地區灌區中普遍存在的問題，也是運行管理中較難解決的實際問題。通過對皋蘭縣西電灌區混凝土預制塊襯砌渠道的凍害調查、分析，結合多年的運行管理經驗，提出了相應的防治措施。
關鍵詞：西電灌區；混凝土預制塊；襯砌渠道；凍害防治
1概述
西電灌區位于甘肅中部干旱地區、黃河流域中游，工程所在地區具有典型的大陸性氣候特征，光照充足，氣候干燥，溫差變幅大，雨量稀少而蒸發量大。據皋蘭縣氣象站1964～2007年資料統計，灌區年平均氣溫7.10 ℃，極限最高氣溫38.50 ℃，最低氣溫-25.40 ℃；年平均降水量266mm，年平均蒸發量1 853.50mm；風向多為西北風，年平均風速2m/s，最大風速17m/s；最大凍土深度119cm，年平均無霜期166d。西電灌區共建成干渠3條，長86.80km，支渠29條，長186km。其中混凝土預制塊襯砌渠道占渠道總長的80%，由于凍脹破壞，加之經多年運行，混凝土預制塊襯砌渠道大面積破損，凍脹滑坡，基礎塌陷，滲漏嚴重。渠系水利用率、安全保證率逐年下降，維修勞動強度大，運行成本高。
2凍害原因
通過對灌區混凝土預制塊襯砌渠道凍脹現象、發生部位及特點的分析，初步認為襯砌渠道凍脹破壞的主要因素有凍脹壓力、溫度變化、地下水位變化及混凝土預制塊質量缺陷等。
2.1凍脹壓力西電灌區渠道基礎為濕陷性黃土，該土質具有強濕陷性、弱透水性，具備凍脹性基礎的基本特征。渠基土的含水量是渠道發生凍脹破壞的決定性因素。渠基所含的水分大多為地面滲水或地下水位過高所致。渠基的含水量較大，導致土壤水飽和產生凍脹。
凍脹壓力產生的破壞主要有3種：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土預制塊長時間處于水下，材料中必定含有一定的水分，這一部分水在溫度下降到0 ℃以下后凝結成冰，體積短時間內發生膨脹，當膨脹應力大于材料的膨脹系數時，混凝土產生裂縫。裂縫就成為滲水的又一通道，使得渠道滲水量增大，渠基含水量也逐漸增大，加劇了混凝土的凍脹破壞。②渠道停水后，殘留的余水滲入混凝土預制塊和渠道基礎中，使得含水增大。特別是冬季結冰較厚時，冰塊邊緣與渠道襯砌混凝土接觸面以下水量補充充足，凍脹加大，但較厚的冰層限制了混凝土預制塊的伸縮，造成混凝土預制塊在冰層接觸處折斷。③混凝土預制塊與渠基土凍結成一體，當凍脹應力大于混凝土預制塊在低溫下的承受力時，混凝土預制塊發生裂縫破壞。
2.2土體溫度渠道基礎土中的水分要凝結，就必須有一定的溫度條件，土壤凍結的臨界溫度隨著土壤類型不同而變化。一般砂土的臨界溫度為-0.20 ℃以下、壤土為-0.40 ℃以下、黏土為-0.70 ℃以下。皋蘭縣屬季節性凍土發生區域，隨著溫度的降低，地表溫度由零上向零下轉變，隨著低溫天氣的持續，地表溫度降低由淺層向深層發展，土壤凍結厚度逐步加大，每年1～2月為溫度最低時段，此時土壤凍土深度達到最大120cm。由于渠道的走向不同，土體的溫度也有差異。特別是東西走向的渠道，受日照的時間不同，渠道兩側渠基土體溫度也不同，凍脹量不均勻，易產生凍脹滑坡和渠道軸向位移。例如西電灌區的西干渠、東干渠的部分支渠為東西走向，渠道極易產生軸向位移，每3～5a就要拆除重新襯砌、復位1次。
2.3混凝土質量缺陷及侵蝕破壞一種是混凝土預制塊在生產過程中產生的，例如水泥、砂石料、水的質量不合格，使得混凝土預制塊本身的抗凍脹能力下降，也容易產生凍脹破壞。另一種是渠道所處的地方地下水位過高，且水中多含酸、堿類化學物質，對混凝土預制塊產生較大的侵蝕，使混凝土預制塊酥松，失去強度。例如西電灌區的總干三級部分渠段，東干二級車路溝支渠，渠道混凝土預制塊破壞特別嚴重，幾乎每年都要大面積翻襯處理。
2.4基礎渠道基礎土壤的密實度也是影響混凝土預制塊破壞的主要因素。基礎密度低，水分易滲透，致使基礎強度降低，基土滑移、沉陷也易產生混凝土預制塊斷裂、架空。
3防治措施
3.1復合土工膜或塑料布防滲在渠道土基上鋪設復合土工布或塑料布進行防滲，減少渠道水滲漏量，降低渠基的含水量，減小凍脹力。西電灌區在近幾年渠道襯砌施工中多采用使用壽命長、防滲效果好的復合土工膜。土工膜一般要求厚度0.30mm，滲透系數K≤10～11cm/s,斷裂強度不小于14kN/m,CBR頂破強度不小于2.40kN。土工膜粘接采用熱粘接法，搭接長度不小于20cm，粘接部位必須經過滲透測試，不允許有漏粘或粘接不牢。鋪設要平整，在鋪設前應對渠基進行平整、夯實，鋪設從上游向下游鋪設。在施工中防止劃破土工膜，如遇破損應及時粘貼焊接。鋪設土工膜及埋壓采用人工。土工膜上設厚40mm的M10水泥砂漿砌筑混凝土預制塊，每5m設一道橫向伸縮縫。伸縮縫用1∶3的瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。 混凝土用預制塊嵌縫為高標號砂漿。
3.2砂礫石墊層在挖方渠段施工中，渠基土夯實后鋪填厚度為300～500mm的砂礫石墊層，要求夯實，一般要求干容重不小于2.10t/m3，上部鋪設混凝土預制塊，高標號砂漿勾縫，每10m設一道橫向伸縮縫。
3.3漿砌塊石在地下水位較高的渠段，采用漿砌塊石形式，根據實際情況選用抗硫酸鹽水泥，每10m設一道橫向伸縮縫。伸縮縫處理為外側夾設厚40mm的油浸木絲板，內側用1∶3瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。邊坡一般為1∶0.5，漿砌塊石厚度渠道底部為500mm，頂部為300mm的擋土墻形式。
4結語
做好凍害防治工作，應分析原因，結合實際，區別對待，才能使渠道延長使用壽命，提高輸水能力，降低水量損失?；炷令A制塊襯砌渠道的凍害防治對灌區的渠道管理意義重大，西電灌區通過應用以上幾種防治措施，效果明顯，運行良好。
關鍵詞：西電灌區；混凝土預制塊；襯砌渠道；凍害防治
1概述
西電灌區位于甘肅中部干旱地區、黃河流域中游，工程所在地區具有典型的大陸性氣候特征，光照充足，氣候干燥，溫差變幅大，雨量稀少而蒸發量大。據皋蘭縣氣象站1964～2007年資料統計，灌區年平均氣溫7.10 ℃，極限最高氣溫38.50 ℃，最低氣溫-25.40 ℃；年平均降水量266mm，年平均蒸發量1 853.50mm；風向多為西北風，年平均風速2m/s，最大風速17m/s；最大凍土深度119cm，年平均無霜期166d。西電灌區共建成干渠3條，長86.80km，支渠29條，長186km。其中混凝土預制塊襯砌渠道占渠道總長的80%，由于凍脹破壞，加之經多年運行，混凝土預制塊襯砌渠道大面積破損，凍脹滑坡，基礎塌陷，滲漏嚴重。渠系水利用率、安全保證率逐年下降，維修勞動強度大，運行成本高。
2凍害原因
通過對灌區混凝土預制塊襯砌渠道凍脹現象、發生部位及特點的分析，初步認為襯砌渠道凍脹破壞的主要因素有凍脹壓力、溫度變化、地下水位變化及混凝土預制塊質量缺陷等。
2.1凍脹壓力西電灌區渠道基礎為濕陷性黃土，該土質具有強濕陷性、弱透水性，具備凍脹性基礎的基本特征。渠基土的含水量是渠道發生凍脹破壞的決定性因素。渠基所含的水分大多為地面滲水或地下水位過高所致。渠基的含水量較大，導致土壤水飽和產生凍脹。
凍脹壓力產生的破壞主要有3種：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土預制塊長時間處于水下，材料中必定含有一定的水分，這一部分水在溫度下降到0 ℃以下后凝結成冰，體積短時間內發生膨脹，當膨脹應力大于材料的膨脹系數時，混凝土產生裂縫。裂縫就成為滲水的又一通道，使得渠道滲水量增大，渠基含水量也逐漸增大，加劇了混凝土的凍脹破壞。②渠道停水后，殘留的余水滲入混凝土預制塊和渠道基礎中，使得含水增大。特別是冬季結冰較厚時，冰塊邊緣與渠道襯砌混凝土接觸面以下水量補充充足，凍脹加大，但較厚的冰層限制了混凝土預制塊的伸縮，造成混凝土預制塊在冰層接觸處折斷。③混凝土預制塊與渠基土凍結成一體，當凍脹應力大于混凝土預制塊在低溫下的承受力時，混凝土預制塊發生裂縫破壞。
2.2土體溫度渠道基礎土中的水分要凝結，就必須有一定的溫度條件，土壤凍結的臨界溫度隨著土壤類型不同而變化。一般砂土的臨界溫度為-0.20 ℃以下、壤土為-0.40 ℃以下、黏土為-0.70 ℃以下。皋蘭縣屬季節性凍土發生區域，隨著溫度的降低，地表溫度由零上向零下轉變，隨著低溫天氣的持續，地表溫度降低由淺層向深層發展，土壤凍結厚度逐步加大，每年1～2月為溫度最低時段，此時土壤凍土深度達到最大120cm。由于渠道的走向不同，土體的溫度也有差異。特別是東西走向的渠道，受日照的時間不同，渠道兩側渠基土體溫度也不同，凍脹量不均勻，易產生凍脹滑坡和渠道軸向位移。例如西電灌區的西干渠、東干渠的部分支渠為東西走向，渠道極易產生軸向位移，每3～5a就要拆除重新襯砌、復位1次。
2.3混凝土質量缺陷及侵蝕破壞一種是混凝土預制塊在生產過程中產生的，例如水泥、砂石料、水的質量不合格，使得混凝土預制塊本身的抗凍脹能力下降，也容易產生凍脹破壞。另一種是渠道所處的地方地下水位過高，且水中多含酸、堿類化學物質，對混凝土預制塊產生較大的侵蝕，使混凝土預制塊酥松，失去強度。例如西電灌區的總干三級部分渠段，東干二級車路溝支渠，渠道混凝土預制塊破壞特別嚴重，幾乎每年都要大面積翻襯處理。
2.4基礎渠道基礎土壤的密實度也是影響混凝土預制塊破壞的主要因素。基礎密度低，水分易滲透，致使基礎強度降低，基土滑移、沉陷也易產生混凝土預制塊斷裂、架空。
3防治措施
3.1復合土工膜或塑料布防滲在渠道土基上鋪設復合土工布或塑料布進行防滲，減少渠道水滲漏量，降低渠基的含水量，減小凍脹力。西電灌區在近幾年渠道襯砌施工中多采用使用壽命長、防滲效果好的復合土工膜。土工膜一般要求厚度0.30mm，滲透系數K≤10～11cm/s,斷裂強度不小于14kN/m,CBR頂破強度不小于2.40kN。土工膜粘接采用熱粘接法，搭接長度不小于20cm，粘接部位必須經過滲透測試，不允許有漏粘或粘接不牢。鋪設要平整，在鋪設前應對渠基進行平整、夯實，鋪設從上游向下游鋪設。在施工中防止劃破土工膜，如遇破損應及時粘貼焊接。鋪設土工膜及埋壓采用人工。土工膜上設厚40mm的M10水泥砂漿砌筑混凝土預制塊，每5m設一道橫向伸縮縫。伸縮縫用1∶3的瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。 混凝土用預制塊嵌縫為高標號砂漿。
3.2砂礫石墊層在挖方渠段施工中，渠基土夯實后鋪填厚度為300～500mm的砂礫石墊層，要求夯實，一般要求干容重不小于2.10t/m3，上部鋪設混凝土預制塊，高標號砂漿勾縫，每10m設一道橫向伸縮縫。
3.3漿砌塊石在地下水位較高的渠段，采用漿砌塊石形式，根據實際情況選用抗硫酸鹽水泥，每10m設一道橫向伸縮縫。伸縮縫處理為外側夾設厚40mm的油浸木絲板，內側用1∶3瀝青砂漿填塞，聚氯乙烯膠泥封口。邊坡一般為1∶0.5，漿砌塊石厚度渠道底部為500mm，頂部為300mm的擋土墻形式。
4結語
做好凍害防治工作，應分析原因，結合實際，區別對待，才能使渠道延長使用壽命，提高輸水能力，降低水量損失?；炷令A制塊襯砌渠道的凍害防治對灌區的渠道管理意義重大，西電灌區通過應用以上幾種防治措施，效果明顯，運行良好。
