王书国，王书民

（1.滨州市小清河管理局，山东 博兴 256500；2.滨州市簸萁李灌溉局，山东 惠民 251700）

道旭引黄灌区位于滨州市，灌区有引黄闸1座，设计流量15m3/s。总输砂渠 1条，长1.5km，干渠3条，总长40.90km。其中总输沙渠全断面衬砌1.5km，南干渠两边坡衬砌8.36km。道旭引黄灌区始建于1969年，1993年成立滨州市道旭引黄灌溉管理局，随着经济发展，灌区内工农业需水不断增加，原土渠因水利用系数小，引水历时长、流速小、干渠淤积量大等因素已不能满足灌区需水要求。道旭引黄灌溉管理局于2005年争取国家灌区节水配套改造立项，该项目于2007年实施，2008年4月竣工，节水改造工程静态总投资1988.66万元，2009年11月经省级验收为优良工程。

1 渠道衬砌冻害防治设计指标

1.1 总输沙渠设计指标

总输沙渠（0+000～1+500）为东西走向，渠道为地上梯形断面，原衬砌边坡较陡1：1.5，冻胀损害严重。按照SL23-91《渠系工程抗冻胀设计规范》：在季节冻土标准冻深大于30cm的地区衬砌渠道，必须进行抗冻胀设计。为防冻胀破坏，保留原浆砌石护底，大堤高为2.8m，渠底宽 3m，边坡调整为 1：2.0，阴坡采用 M10浆砌块石护坡，先铺填10cm（0.5—1.0cm）碎石垫层，然后采用厚30cm，M10浆砌块石覆面，沿渠12.0m设一道伸缩缝，缝宽4cm，用PT塑料胶泥填充。阳坡采用C20混凝土预制板护砌，板下铺设复合土工膜。

1.2 南干渠设计指标

南干渠上游(1+500～9+860)为南北走向，渠道设计为地上梯形断面，大堤高为2.8m,渠底宽为7.0m，边坡采用 1:1.75。衬砌渠道表面采用 56cm×36cm×6cm的C20混凝土预制板作为防护层，护坡防护层下铺设200g/m2复合土工膜，护底60cm细土下铺设一层塑料膜（膜厚0.4mm）。渠底两侧坡脚设高60cm，M10浆砌石混凝土封顶齿墙，渠底塑膜在齿墙底部翻向渠坡，在渠坡处与复合土工膜搭接50cm,使渠道形成整体密闭式防渗体。为防止坡脚预制板与齿墙冻胀变形破坏，在预制板与齿墙之间埋设6mm的SBS防水隔膜，SBS防水隔膜为柔性材料，从而能适应一定量的冻胀变形。为防止混凝土预制板下滑，坡顶现浇厚10cm的C15混凝土压顶。为避免不均匀沉陷造成裂缝，横向每隔12.02m设伸缩缝一道，缝宽4cm,用PT塑料胶泥填充，浆砌石齿墙以及混凝压顶伸缩缝内埋设双层厚2cm沥青杉板。纵向在两渠坡自底向上第4行板设伸缩缝，缝宽4cm,用PT塑料胶泥填充。

2 干渠衬砌段冻胀的破坏形式和影响因素分析

2.1 冻胀破坏形式

道旭干渠衬砌段渠道运行两年来，工程总体运行安全。2010年1月，最低温度在-15°C以下，平均温度在-10°C左右，冰冻期在三个月以上，超出防冻胀设计标准，在持续长期负温下，部分衬砌段最底两层冻胀破坏严重，主要是渠床基土的冻胀变形，衬砌板从齿墙中拱出，由于冻胀隆起、架空,使坡脚支承受到破坏,衬砌板垫层失去稳定平衡。春季基土融化时,与上部的衬砌板缝逐渐拉开断裂，上部板块顺坡向下滑移,错位,互相穿插。渠坡基土融化期的渠坡滑塌,导致坡脚处混凝土板被推开,上部衬砌板塌落下滑，对渠道衬砌造成严重破坏，缩短了防渗衬砌板的寿命，并大大增加了工程维修和管理费用。

2.2 冻胀破坏地段及因素

总输砂渠采取了防冻胀工程措施，设计比降大，未发生冻胀破坏。冻胀破坏主要发生在南干渠衬砌段村庄两侧，未设置截渗沟地段，东西渠道段阴坡和渠床基土为粘壤土地段。由于工程迁占困难、地形复杂等原因，村庄两侧，未设置截渗沟，降雨、冬季引水渠底渗漏以及村民生活用水，外来水源不能及时滤出，地下水位上升，致使渠床基土含水量长期处于饱和状态。粘壤土相对其他土质，密实度低且保水性能较好，属冻胀性土，冻胀性土之所以冻胀是因为土颗粒间隙小，表面积大，不存在渗水网体，与水相互作用的能量也相对增大，使土体中的毛细水不易渗透，停留在土体中，在持续长时间负温下，结冰膨胀而产生冻胀破坏。

2.3 冻胀破坏分析

衬砌渠道的冻胀破坏主要是由于渠道衬砌混凝土面板承受不住由于基土冻胀变形而产生的冻胀应力，特别是不均匀冻胀变形的作用，更造成了冻胀应力的分布不均匀，而使渠道局部衬砌的混凝土板（块）遭到破坏，因此，衬砌渠道冻胀破坏的根本在于渠床基土的冻胀变形。综上所述，影响渠床基土冻胀变形的基本因素有三个方面：

1）持续长时间的负温。2）渠床基土属冻胀性土壤，即土体颗粒分散性较大，冻结期内土壤水分迁移较为明显，冻胀性较强的土壤。3）在横断面上，由于各个部位接受日照不同，冻深相差悬殊。东西向渠道段，阴阳坡面的冻深相差有时甚至可达一倍之多，因而冻胀量也相差很大。4）埋深较浅的地下水或补给充足的土壤水及毛管水。长时间的持续负温，首先使渠床基土表面发生冻结，埋深较浅的地下水或补给充足的土壤水以及毛管水在土壤毛管抽吸力作用下，源源不断地向渠床表层土壤冻结面迁移，致使衬砌渠道的部分混凝土板（块）受土体冻胀隆起作用而遭到破坏。

3 防冻胀处理措施及建议

3.1 防冻胀处理措施

3.1.1 排水法

补给充足的地下水源、土壤水及毛管水为渠道土冻胀破坏的进一步发展提供了有利的条件，减少渠床土壤冻结表层的水分补给，是主要防止冻胀破坏的有效方法。1）在村庄附近无法设置截深沟地段，可在渠坝两侧纵向埋设直径1m的渗水管。渗水管高程低于渠底1～1.5m接入截渗沟，使渗出水及时排入截渗沟。2）截渗沟接入排涝河道，使水量及时排出，降低截渗沟水位，降低水位扬压力作用，减小渠床基土含水率，达到防止渠床基土冻胀变形的目的。

3.1.2 基土置换法

1）冻胀性土壤的存在是促使渠床基土冻胀变形的主要因素。把渠床基土冻结深度以内（至少是冻结深度的80%）的冻胀性土壤更换为非冻胀性土，如砂砾料、纤维砂袋等，可有效防渠床基土冻胀变形。2）阴坡运用工程措施防冻胀，渠底向上0.7m采用M10浆砌块石护坡，先铺填 10cm（0.5～1.0cm）碎石垫层，然后采用厚30cm，M10浆砌块石覆面，从而提高防冻胀标准。3）对混凝土衬砌板下土基挖深50cm，分三层加土夯实，增加基床土体的密实度，降低渠床基土含水率，消除不均匀沉陷因素，起到防冻胀破坏作用。

3.1.3 蓄水保温法

为降低工程造价也可采用蓄水保温法。冬季输水结束时，在渠道中保留一定水位的水量，随着气温下降、蓄水表面冻结形成冰盖。由于蓄水冰盖的封闭阻隔作用，冻盖下的水温较为稳定，而在水位以上的部分则用保温材料加以防护。为防止蓄水水位在蓄水期内的变化，二者应有一定范围的重合部分。蓄水保温法具有较好的保温效果，但也存在一定的弊端：一是蓄水冰盖对衬砌体的冰压力危害，封闭的冰盖膨胀产生的静冰压力，会对工程产生破坏作用。二是漫长的蓄水期必定使大量的水分由于蒸发、渗漏等有所损失，这与目前的节水形势是相悖的。蓄水保温法在理论上可行，但在实际操作中不易采用。

3.2 防冻胀的几点建议

切断或减小冻土地基在冻结前、后的水分补给是防冻胀处理常用的也是最有效方法。此外，改变渠床基土体的基本结构也是保证土体非冻胀性的一种方法。

1）制定科学合理的冬季渠道运行预案，在负温期必须连续通水，并保持在最低设计水位以上运行。2）每年进行一次衬砌工程的裂缝修补，衬砌渠的封顶应保持完好，不允许有外来水渗入衬砌体背后。3）及时修补各种排水设施，保证排水通畅，冬季不运行渠道应在停水后及时清障，不允许渠内和排水沟内积水，降低渠床基土含水率，从而起到防冻胀的作用。4）在衬砌渠道堤岸种植喜水性树木，用生物排水法降低衬砌渠道基土的土壤水分,对抑制渠道基土冻胀量的产生,可收到较好的效果。