张 龙

(新疆生产建设兵团第六师五家渠市水政监察支队，新疆 五家渠 831300)

1 工程概况

103团地处天山北麓准噶尔盆地南缘，属第六师五家渠市市辖团场之一，是“新疆军垦第一犁”的所在地。团场经济以农业为主，现有灌溉面积 25.36 万亩，主要种植作物有棉花、番茄、瓜果、饲草料等。由于团场农业灌溉渠系防渗不完善，渠系水利用系数较低，农业生产发展受到较大限制，生产效益较低、职工收入增长缓慢。

2018年，103团实施小型农田水利工程项目建设。工程主要建设内容为，对8条渠道进行防渗改建，总长27.45km，设计流量0.5～1.5m3/s，配套建筑物21座，其中涵洞3座，闸18座。新建滴灌系统2个，控制面积2050亩，配套地埋管道16.519 km，地面管道15.811 km，新建沉沙池、泵房各2座。工程级别5级。

工程实施可以减少渠道的输水损失，大大地提高了103团渠系利用率和安全系数，为团场农业可持续发展，增加农业用水量，打下了坚实的基础，对改善团镇职工群众生活水平具有重要意义。

2 抗冻胀分析

2.1 冻胀条件

本次实施的103团小型农田水利工程项目，渠道防渗改建均在原渠线基础上利用现有的渠基土进行，渠基土以均质粘土为主，伴有少量沙粒，土粒中粒径小于0.05mm的土粒含量等于7.89%，大于6%；项目区平均土层冻深1.2m，远大于0.1m；渠道沿线地下水位在 3.5～6.0m， 地下水位较低，但渠道两侧均为连队农田，受两侧农田渗水影响，当冻结初期土的含水量大于 0.9 倍塑限含水量，将对渠道渠基土产生冻胀。因此，本项目在渠道防渗改建施工中要结合施工作业环境和地质类别的特性要求，需要对抗冻胀条件进行分析，进一步确定最佳抗冻胀方案。

2.2 冻深计算

103团小型农田水利工程渠道防渗改建实施中，根据不同渠道的水利特性要素和具体施工特点以及相关的地质情况，分别以三斗渠、七斗渠、五支渠作为典型代表计算冻深，具体冻深计算成果见表1。

表1 渠道冻深计算成果表

2.3 冻胀措施

103团小型农田水利工程项目渠道防渗改建均延现状渠道进行布控，现状渠道沿线地下水埋深深度均在 3.5～6.0m，经对现状渠道地质情况进行分析与计算，该渠线基础土质冻胀性能属于Ⅱ级冻胀级别，根据水利工程中关于渠道防渗改建断面法向位移有关技术要求，本次防渗改建渠道断面形式允许法向位移值≤30cm，所以渠道冻胀量大于法向位移值，需设置非冻胀性土置换层防止冻胀对渠道工程造成冻胀破坏，非冻胀性土置换层厚度依据有关换算公示进行计算，进而确定渠道垫层厚度。

通过对103团小型农田水利工程三斗渠、七斗渠、五支渠渠道垫层厚度计算与分析，三条渠道边坡抗冻胀垫置换层厚度范围为24～37cm，渠道底板抗冻胀垫置换层厚度范围为15～48cm。根据项目实施中不同断面形式渠道的水利特性要素和具体施工特点以及相关的地质情况，结合工程项目区同类项目多年抗冻垫层设置经验和成效，通过验算与分析，得出103团小型农田水利工程不同断面形式渠道抗冻胀垫置换层采用 40cm 垫层能够满足抗冻胀设计要求，因此本次渠道抗冻置换层厚度统一取 40cm。

2.4 冻胀材料选择

由于工程项目区地下水变化幅度较大，特别是在洪水期和灌溉期，由于受到河道行洪和农田灌溉等的影响，当地下水升高时，易对运行渠道混凝土板产生顶托作用，致使渠道混凝土板产生变形和撬动，不利于正常维护使用。为了有利于渠道顺畅排水，减少顶托和其他阻碍因素，本次项目实施中渠道抗冻置换材料选用厚度40cm砂砾石和苯板+排水体两种材料进行比选分析。

(1)苯板+砂砾石排水体

项目区渠道最大设计冻深为 47cm，保温层厚度全断面均取 4cm，保温材料选用Ⅲ型聚苯乙烯泡沫塑料板，项目区市场单价 586 元/m3。

砂砾石排水体设置：保温层下每隔 12m 铺一道宽 1m 的横向砂砾石条带，渠底中央和两侧坡脚处铺一道宽 1m 的纵向砂砾石条带，与横向砂砾石条带连通， 形成砂砾石排水网。当项目区地下水位高于渠道内水位时，地下水可通过逆止阀排入渠道内，减小渠道砼板下的扬压力，防止苯板和砼板受顶托破坏。苯板+砂砾石排水体横断面如图1所示。

图1 苯板+砂砾石排水体横断面图

(2)砂砾石垫层

垫层厚度值取 40cm，项目区市场单价为 116.7 元/m3。砂砾石抗冻体垫层用料可在项目区附近料场取材，根据在以往渠道实施运行中积累的丰富经验，便于项目实施中控制施工质量，可利用砂砾石抗冻体垫层进行置换渠道基础中的不良状况的土质，对起到稳固渠道基础作用。砂砾石垫层横断面如图2所示。

图2 砂砾石垫层横断面图

(3)方案比较

砂砾石垫层的主要优点：①渠道抗冻效果好，整体结构稳定和耐久性好；②由于对渠基进行了彻底换填，当质量达到要求时，可保证渠道永久不受冻胀危害，效益长久。③施工工艺简单，易于维修。④工程投资较少。同时也具有以下缺点：①由于换填厚度大，土方工程量较大，施工进度缓慢；②施工难度大，由于清除了渠基原状土，换填后的天然砂砾石垫层需要进行夯实并达到施工规范要求难度较大。

苯板+排水体的主要优点：①渠道整体保温效果好；②砂砾石排水体的设置，有利于减少地下水的扬压力，排水效果好。③施工内容少，进度较快。

同时也具有以下缺点：①运行几年后，易形成淤堵，不利于通水。②施工工艺繁琐，施工工期较长。③工程投资较多。

2.5 分析结论

通过对砂砾石换填方案和苯板+排水体方案进行对比，从渠道抗冻效果、整体性、耐久性、工程施工、施工工艺、运行管理、工程投资方面分析、比较，分析成果详见表2。

表2 冻胀方案分析成果表

综合上述分析成果，结合工程项目区不同渠道断面形式的水利特性要素和具体施工特点以及相关的地质特性，最终确定103团小型农田水利工程渠道抗冻胀采用天然砂砾石换填层作为该工程的抗冻胀设计方案。

3 结语

103团小型农田水利工程项目建设中对渠道抗冻胀方案进行比选、分析，降低了工程投资，提高了渠系利用率和安全系数，便于工程运行管理，进而改善了团场农业灌溉输水条件。最终确定天然砂砾石换填层抗冻胀方案仅限于渠基土以均质粉性土为主，平均土层冻深小于1.5m，渠道沿线地下水位较低，设计流量 1.0m3/s左右，且纵坡在0.001左右的支、斗渠工程中适用。非上述情况的渠道抗冻胀方案还需结合工程实际状况重新进行论证、分析，最终确定适合渠道特性的最佳抗冻胀方案。