年小刚 袁 斌

（四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院 四川 德阳 618000）

1 工程概况

打火沟水利工程位于四川省甘孜州甘孜县，工程区属青藏高原东南缘的高原区，横断山脉的东北翼部分，是丘原地貌向山原地貌过渡区。平均海拔3500m以上。灌区由于流域内积雪期长，径流受融雪（冰）水补给所占比例较大，因此径流年际、年内、月内、日内变化均受气温变化影响。

2 地质条件

2.1 气候特征

工程区北部有巴彦喀拉山，东部有果拉狼，南部有巍然挺立的沙鲁里山脉，雪山环抱。工程区属于高山寒冷气候，天气变化异常，季节性温差及昼夜温差变化大，冬季12月份最低温度可达-26.8℃，最高为21.1℃；3月～4月份最低温度为-11.5℃，最高为18.3℃。

2.2 工程地质条件

据调查工区冬季存在季节性冻土问题，冻土厚度0.8m～1.2m，河道有浮冰。依据《中国季节性冻土标准冻深线图》查得，该地区季节性冻土深度为0.8m～1.0m。

工区地下水主要赋存于第四系地层孔隙和基岩裂隙中，接受大气降水、地表水和上游河水补给。

3 渠道施工概况及渠道变形分析

3.1 施工情况

本工程由于所处高寒地区，季节性温差变化较大，在寒冷的冬节，因气候的特殊性，工程无法施工（一般是当年的11月～次年的3月份），为停工待建期。

渠道于2011年的4月动工开挖，5月开始渠道混凝土浇筑，在10月气温下降前完成渠道的浇筑和养护。

图1 冻胀破坏的渠道

3.2 渠道变形调查

梯形挖方明渠，在渠堤的中部或中下部位置出现大量破裂缝和裂纹，部分裂缝张开0.5cm～3cm，错开约4.5cm；部分裂缝张开1mm～3mm，无错动迹象。均间断分布，非连续性，内堤多于外堤。个别位置发现有垂直渠道的横向裂缝，张开1mm～3mm，无错开，在排水孔的周围见有细小裂纹，见图1。

3.3 变形原因分析

根据对现场各条渠道所处的位置和工程地质条件，以及对部分已浇筑渠道混凝土的变形破坏形式和破坏程度，分析其主要原因是渠基土产生冻胀，而施工中未采取相应的工程或结构处理措施造成的。

3.3.1 物质条件

渠槽组成物质主要为第四系的上更新统冰水堆积层（Q3fgl）和全新统坡积堆积层（Q4dl），局部为全新统坡、洪积堆积层（Q4dl＋pl），其成分主要为粉质粘土、卵砾石土及块碎石土，其小于0.075的颗粒含量达21.9%～31.5%，细砂粒含量10.2%～19.6%。

3.3.2 地下水

渠道大部分地段是沿山体斜坡地形通过，因此，沿山体斜坡地段通过的渠道（除跨沟段外）虽然地下水较低。但由于渠堤内侧冰雪融化，地表水下渗，赋存于土体孔隙中，因季节温差大，造成冻胀破坏。据探坑揭示：漂卵石土结构中密～密实，透水性强，地下水位随季节变化较大，枯期地下水位大约在渠基以下1.0m～1.5m。据取样试验：渠基土体含水量为19.7%，为整个灌区基土含水量最高的渠段，高于冻土临界含水量。

图2 砂砾石垫层的铺设

图3 保温层的铺设

3.3.3 气候条件

工程处于高山寒冷气候地区，冬季最低温度达-26.8℃，最高21.1℃，每年的3月～4月份最低温度可达-11.5℃，最高18.3℃。因此，季节性温差和昼夜温差较大是该地区建筑物产生冻融破坏的又一主要原因。

4 抗冻胀措施

4.1 置换措施

在冻结深度内将衬砌板下的冻胀性土换成非冻胀性土。砂砾石垫层不仅本身无冻胀，而且能排除渗水和阻止下卧层水分向表层冻结区迁移，所以砂砾石垫层能有效地减少冻胀，防止冻害现象的发生。砂砾石垫层的铺设见图2。

4.2 保温措施

在渠道衬砌体下铺设隔热保温层，阻隔大气与渠基土的热量交换，提高衬砌体下基土温度，消减或消除冻胀，防止发生冻害。保温层的铺设见图3。

4.3 压实措施

采用压实措施提高渠床土密度以降低冻胀量是一种简单易行的方法。压实法可使土的干密度增加、孔隙率降低、透水性减弱，从而减小渠基土的冻胀变形。

5 试验段方案的实施

打火沟水利工程是四川省近几十年来开展冻土区大中型灌溉水利工程的先例。省内在认识存在不足，也没有可借鉴的成功经验。根据抗冻胀措施的分析，选取了一段渠道作为试验段。试验段基本采取的思路是削减措施。采取了保温、增加砂砾石垫层及混凝土抗冻结构措施。

渠系工程设计冻深按照SL 23－2006《渠系工程抗冻胀设计规范》式3.1.3计算：Zd=Ψd×Ψw×Zm

分析计算后，设计冻深Zd=1.08m，据现场调查询问，冬季区内季节性冻土深度0.8m～1.2m，基本吻合。

本渠道为梯形断面、混凝土板衬砌，其允许法向位移值取0.75cm，计算（冻胀量）大于0.75，需要采取适宜的抗冻胀措施。

板厚按下式计算：

计算得保温板板厚δx=4cm。

6 试验段效果分析

试验段所有明渠边板和底板均未出现垮塌和折断，说明渠道混凝土厚度和强度起到了挡土墙的作用，这和治理前是不同的。试验段局部出现微小裂缝，裂缝宽度均在1mm以下，较之整治前裂缝宽度（均在1mm～5mm，部分裂缝张开0.5cm～3cm，错开约4.5cm）有明显缩小。裂缝只是从融雪渗水痕迹判断出来的，肉眼不易发现。

7 试验段改进措施

根据对试验段的评价分析，基本可以判定：地下融雪水赋含于渠道土体，由于气温低，地下水结冰，不能排出，渠身周围冻胀土存在，冻胀问题不能从根本上消除。

基于对试验段分析，建议在原试验段基础上进一步改进，可采取以下几种措施之一种或措施联合：

(1)新建段明渠面层混凝土均配置抗裂钢筋网。

(2)对渠道周围冻胀土进行置换，增加碎石垫层。减少冻胀力产生的边界条件。

(3)加大明渠底部排水盲沟尺寸（30cm×30cm），内填碎石。

(4)地下水丰富段，建议取消明渠，改为钢筋混凝土暗渠，表面覆土。

8 结语

渠系在高海拔季节性冻土地区的冻胀破坏的现象说明渠道在抵抗冻胀方面的不足，试验段的施工和观测，为渠系工程在高海拔季节性冻土地区的施工积累了可操作性的工程经验。陕西水利

[1]GB 50288－99，灌溉与排水工程设计规范[S].

[2]GB50288－99，冻土工程地质勘察规范[S].

[3]SL 23－2006，渠系工程抗冻胀设计规范[S].

[4]SL18—2004，渠道防渗工程技术规范[S].