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1、渠道防冻胀处理方法总结1概述通过分析研究，渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所 致。渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式、改变渠基土体的基本结构、使用新 型建筑材料等方法来实现。对渠道防冻胀处理方式的选择，关系到渠道的造价和施 工的难易，应在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验，进一步完善新型材料的 防冻理论和总结实际运用经验，为新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。2 渠道冻胀机理 渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土受冻体积膨 胀必须具备以下条件：寒冷气候区持续的负温条件；土壤中自由水和e细水的存在，并且有通畅的水分补给通道；土壤本身的物理力学性质，
2、包括土的颗粒组成，矿物质成份等。在以上三个条件中，土壤中自由水和e细水的存在是冻胀发生的先决条件，也 是必备条件。在整个胀破坏过程中，水是最活跃的因素。如果地下水埋深浅，土壤 颗粒细，土体中自由水和 e 细水的补给十分充足。一旦气温下降至零度以下，土体 中的自由水和 e 细水的体积受冻膨胀，引起土体膨胀，顶托衬砌，破坏渠道。冻胀 破坏不但发生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，e细水 的冻胀性也不容忽视。综上所述，冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题，由土壤中的水、土体 颗粒物理性质和负温所致。3 渠道防冻胀处理形式及比较3.1 渠道防冻胀处理形式渠道防冻胀处理可通过改变
3、渠道结构形式来实现，即用“U”形或矩形断面来代替梯形断面。但这种处理形式只适用于小渠道，流量小于1m3/s 的渠道。对于大渠道来说，若采用这种处理方式，难免会造成造价增加和施工 难度的加大。从上述导致土体冻胀的的三个基本因素中，只有三个因素同时具备，才发生冻胀破坏。只要消除其中一个因素，就能防止和减轻冻胀工害。从一般的气候条件来看，外部温度不达负温是不可能的，因此只有采取保温措施达到内部不负温。切断 冻土地基在冻结前、后的水分补给是防冻胀处理常用的方法，此外改变渠基土体的 基本结构也是保证土体非冻胀性的一种方法。要切断冻土地基在冻结前后的水分补给，通常是采用高填或排水措施来减少水分的补给。但是
4、由于土体颗粒及物理力学性质的决定，3细水的作用不可忽视。细 水往往上升至地下水面以上23m的平面上，同样会对渠基产生冻胀破坏。因此对 于细颗粒土体，要完全切断水分的补给是不现实的，3细水的冻胀破坏不容忽视。改变基土的基本结构的办法是进行渠基土的换填，就是用大颗粒的土体填入渠基，将原来的细颗粒土体挖走。这种换填工程量较大，换填厚度一般要大于等于冻 土深度。如果在冻土深度小的地区使用尚可，若在冻土深度较大的地区使用，往往 工程量是很大的。从目前情况看，任何工程要根本回避和解决冻胀三因素之一，在 考虑经济条件和节省投资的情况下，都是非常困难和把握不住的。因此在实际工作 中，往往将几种工程措施结合起来
5、使用。即以回避一种因素为主，辅之以回避另一 种因素的综合措施进行防冻胀处理。如在两侧开挖排水沟降低水分补给的同时，对 基土进行一定厚度的换填。用砂或戈壁层加塑膜进行保温，以减少冻胀破坏。近年来，随着新型建筑材料的问世，苯板越来越多地应用于渠道的防冻胀处理。 苯板防冻胀的主要机理是它具有保温的功效，保证了渠基土不受负温的影响，同上 述砂或戈壁层加塑膜保温的原理是一样的。根据现有对苯板的防冻试验资料，10cm 厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁层的保温效果。远大于或相当于510cm厚戈壁、 砂、塑膜的保温效果。3.2渠道防冻胀处理形式比较在高地下水入区，即使采取了断绝土壤中水分补给 的措施，仍难以
6、保证阻止Q细水的上升，因此还必须采取其它防冻胀处理形式。对渠基土进行换填是一种防冻胀的处理形式，它即改变了渠基土的结构，又具 有一定的保温作用。它的优点是：当渠道附近有大量换填材料时，造价可能便宜； 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工害。 同时也具有以下缺点：由于换填厚度大，土方工程量较大，当换填材料运距较远 时，造价较高；施工难度大，清除了渠基原土，换填后的砂、戈壁料难以进行夯 实，要达到施工规范要求，难度较大；换填料的质量难以把握，要求回填含土量 小于 5%的料。采用天然材料，很难寻找料源。若采用人工加工料，则不经济。若不采用基土回填，只铺设苯板保温，防止
7、渠基土冻胀也是近年来渐渐采用的 一种防冻胀处理形式。它只有保温作用，不对基土进行回填。具有以下优点：抗 冻效果好，采用10cm的苯板即达到了换填100cm砂或戈壁料的保温效果；施工方 便，渠道开挖断面小。不对基土进行扰动，直接将苯板置于基土上，在苯板上直接 进行衬砌材料的施工；在一定条件下造价便宜，使用的施工机械少，人工省。采 用苯板，不进行基土换填，避免了大量土石方机械的使用。当基土换填材料运距大 于一定距离时，其造价低的优势立即显现。苯板防冻胀材料的缺点是：在一定条件 下，同换填相比，造价较高。当基土换填材料运距小于一定距离时，苯板造价明显 高于换填处理。4 渠道防冻胀成功案例新疆引额济乌
8、工程（包括顶山隧洞、大洼槽倒虹吸、戈壁明渠、沙漠明渠、平 原明渠、“500”水库等）是由国家、自治区共同投资兴建的长距离、跨流域的大型 调水工程，沙漠明渠和平原明渠是其主要的组成部分，沙漠明渠全长166.5 0 km，设 计流量47.5055m3/s。渠道为梯形，底宽6m,渠口宽25.0m，渠深为3.80m。渠道 内边坡为1:2.50，渠底纵坡1/60001/7000，渠道衬砌采用边长25cm正六边形砼 预制板，板厚7cm （渠底）、6cm（边坡）。根据各渠段地基土的情况，渠道防冻胀采用 了不同的形式。沙漠明渠长149km,渠基土为粉细沙，颗粒细，保水性好，属冻胀土。 采用基土换填的处理方式，
9、即在渠基换填厚度为40cm的戈壁砂砾料处理后，经过几 年的运行，5发生冻胀破坏。平原明渠根据需要，底板下部布设了 6cm厚的苯板， 有的地方在边坡上布设了苯板。渠道完工后，发现部分渠段出现了断板和冻胀现象。 分析原因，基本上可以得出如下结论：断板原因为换填基土密实度5 达设计要求， 再加之施工单入偷工减料板厚5达设计厚度所致；冻胀原因为换填基土5达设计要 求的级配，内含细颗粒较多而造成。因此渠道防冻胀形式若采用换填的处理方式， 则换填土的本身质量及施工质量对渠道能否正常运行关系较大。在施工过程中，应 严格控制，但受施工条件的限制，这些要求达到的难度较大。平原明渠采用苯板防 冻胀，施工方便，防冻胀效果较好。5 结语对渠道防冻胀处理方式的选择，关系到渠道的造价和施工的难易，必须慎重。 苯板作为一种新型的渠道防冻胀处理方式，具有其独特的优点。现阶段南水北调中 线工程对苯板的运用还刚开始，一切还处于试验摸索阶段。虽然已有成功的运用例子，但需在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验，进一步完善苯板的防冻理论和实际运用经验，为这一新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。
渠道防冻胀处理方法总结
