渠道防凍脹技術(shù)

渠道防凍技術(shù)2014.09現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)渠道防滲工程凍害類型及原因一、渠道防滲工程凍害類型及原因（一）渠道防滲工程凍害類型含義：

由于負(fù)氣溫對渠道防滲襯砌工程的破壞作用而失去了防滲意義統(tǒng)稱為渠道防滲工程的凍害。渠道防滲工程凍害類型工程案例----渠道凍脹破壞1．渠道防滲材料的凍融破壞一、渠道防滲工程的凍害及原因（一）渠道防滲工程凍害類型1渠道防滲工程凍害類型2．渠道中水體結(jié)冰造成防滲工程破壞3．渠道基土凍融造成防滲工程破壞

根據(jù)負(fù)氣溫造成各種破壞作用的性質(zhì)，凍害可分以下三種類型。1．渠道防滲材料的凍融破壞一、渠道防滲工程的凍害及原因（一）渠道防滲工程凍害類型1渠道防滲工程凍害類型

渠道防滲材料具有一定的吸水性，這些吸入到材料內(nèi)的水分在負(fù)溫下凍結(jié)成冰，體積發(fā)生膨脹。當(dāng)這種膨脹作用引起的應(yīng)力超過材料強(qiáng)度時(shí)，就會產(chǎn)生裂縫并增大吸水性，使第二個(gè)負(fù)氣溫周期中結(jié)冰膨脹破壞的作用加劇。如此經(jīng)過多次凍結(jié)一融化循環(huán)和應(yīng)力的作用，使材料破壞、剝蝕、凍酥，從而使結(jié)構(gòu)完全受到破壞而失去防滲作用。2．渠道中水體結(jié)冰造成防滲工程破壞一、渠道防滲工程的凍害及原因（一）渠道防滲工程凍害類型1渠道防滲工程凍害類型當(dāng)渠道在負(fù)氣溫期間通水時(shí)，渠道內(nèi)的水體發(fā)生凍結(jié)。在冰層封閉且逐漸加厚時(shí)，對兩岸襯砌體產(chǎn)生冰壓力，造成襯砌體破壞或產(chǎn)生破壞性變形。

工程案例----渠道在寒冷地區(qū)3．渠道基土凍融造成防滲工程破壞一、渠道防滲工程的凍害及原因（一）渠道防滲工程凍害類型1渠道防滲工程凍害類型由于渠道滲漏、地下水和其他水源補(bǔ)給、渠道基土含水量較高，在冬季負(fù)氣溫作用下，土壤中的水分發(fā)生凍結(jié)而造成土體膨脹，使混凝土襯砌開裂、隆起而折斷。在春季消融時(shí)又造成渠床表土層過濕、疏松而使基土失去強(qiáng)度和穩(wěn)定性，導(dǎo)致襯砌體的滑塌。一、渠道防滲工程的凍害及原因（一）渠道防滲工程凍害類型1渠道防滲工程凍害類型工程案例----渠道凍脹破壞渠道防凍技術(shù)2014.09現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)凍脹破壞形式二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲混凝土屬于剛性襯砌材料，具有較高的抗壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度較低，適應(yīng)拉伸變形和不均勻變形的能力較差。在凍脹力和熱應(yīng)力的作用下容易破壞，其破壞形式如下。

凍脹破壞形式1．鼓脹及裂縫二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

凍脹裂縫多出現(xiàn)在尺寸較大的現(xiàn)澆混凝土板順?biāo)较?，縫位一般在渠坡坡腳以上1／4～3／4坡長范圍內(nèi)和渠底中部。當(dāng)冬季渠道積水或行水時(shí)，一般出現(xiàn)在水面附近的渠坡上。當(dāng)混凝土板尺寸過大，不能適應(yīng)溫度收縮變形時(shí)，將由于溫度應(yīng)力造成縱向或橫向裂縫。當(dāng)縫間止水材料不能適應(yīng)低溫變形時(shí)，將在分縫處發(fā)生開裂。此外，當(dāng)混凝土板與基土凍結(jié)在一起后，由于凍土出現(xiàn)凍脹裂縫，混凝土板亦可能被拉裂。1．鼓脹及裂縫二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

冬季渠內(nèi)存水并結(jié)成較厚冰層的情況下，冰面附近渠坡含水量較高，水分補(bǔ)給充分，凍脹量較大。但混凝土襯砌板的凍脹上抬受到冰層一側(cè)的限制，因而可能在冰緣彎出現(xiàn)裂縫或折斷。2．隆起架空二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

在地下水位較高的渠段，渠床基土距地下水近，凍脹量大，而渠頂凍脹量小，造成混凝土襯砌板大幅度隆起架空。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在坡腳或水面以上0.5～1.5m坡長處和渠底中部，有時(shí)也順坡向上形成數(shù)個(gè)臺階狀。3．凍融滑塌二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

有兩種形式。一是由于凍脹隆起架空，使坡腳支撐受到破壞，襯砌板墊層失去穩(wěn)定平衡，基土融化時(shí)，上部板塊順坡向下滑移、錯(cuò)位，互相穿插，如圖所示。凍脹隆起架空引起渠道凍融滑坡破壞3．凍融滑塌二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

二是渠坡基土融化期的大面砌板塌落下滑，導(dǎo)致坡腳混凝土板被推開，上部襯砌板滑落下滑，如圖所示。

流土引起渠道凍融滑坡破壞示意圖4．整體上抬二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

渠深1.0m左右的較小渠道，基土凍脹不均勻性較小，如小型混凝土U形槽和地下水埋藏較深、襯砌體下沒有墊層的渠道可能發(fā)生整體上抬，如圖所示。小型混凝土U型槽發(fā)生整體上臺二、凍脹破壞形式（一）混凝土防滲1凍脹破壞形式

此外，砌石防滲破壞形式與混凝土相似，往往還由于勾縫砂漿受凍融作用而開裂，如圖所示。

混凝土襯砌板順坡向上推移二、凍脹破壞形式（二）膜料防滲1凍脹破壞形式

鋪埋式襯砌凍害主要表現(xiàn)在膜料的保護(hù)層上土料保護(hù)層常因逐年凍融剝蝕變薄，渠道由規(guī)則的梯形變成寬U形，甚至膜料外露而遭到破壞，如圖所示。剛性保護(hù)層效果較好。但在強(qiáng)凍脹土區(qū)，也可能出現(xiàn)類似剛性材料的凍脹形式。

保護(hù)層剝蝕后膜料外漏二、凍脹破壞形式2.膜料防滲1凍脹破壞形式

外露式膜料襯砌，易受機(jī)械作業(yè)破壞或老化。在凍脹性土區(qū)，由于渠坡的反復(fù)凍融，融土蠕動下滑，使薄膜鼓脹，無法復(fù)位，如圖所示。外露式膜料襯砌破壞二、凍脹破壞形式（三）瀝青混凝土防滲滲1凍脹破壞形式

瀝青混凝土在低溫下仍具有一定的柔性，能適應(yīng)一定的變形，但基±凍脹量大時(shí)仍可能破壞。且瀝青混凝土的溫度收縮系數(shù)大，在低溫下易產(chǎn)生收縮裂縫，若不加處理，就給渠水入滲造成通路。此外，瀝青混凝土在自然條件作用下，存在自然老化問題,從而降低了適應(yīng)凍脹的能力。瀝青混凝土防滲渠道防凍技術(shù)2014.09現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)防凍害措施三、防凍害措施

防凍害措施根據(jù)凍害成因分析，防滲工程是否產(chǎn)生凍脹破壞、其破壞程度如何，取決于土凍結(jié)時(shí)水分遷移和凍脹作用，而這些作用又和當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、土的含水量、負(fù)溫度及工程結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。因而，防治襯砌工程的凍害，要針對產(chǎn)生凍脹的因素，根據(jù)工程具體條件從渠系規(guī)劃布置、渠床處理、排水、保溫，以及襯砌的結(jié)構(gòu)形式、材料、施工質(zhì)量、管理維修等方面著手，全面考慮。三、防凍害措施1防凍害措施

（一）回避凍脹法（二）削減凍脹法（三）優(yōu)化結(jié)構(gòu)法（四）加強(qiáng)運(yùn)行管理防凍試驗(yàn)1．避開較大凍脹存在的自然條件三、防凍害措施（一）回避凍脹法1防凍害措施

規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能避開黏土、粉質(zhì)土壤、松軟土層、淤泥土地帶、有沼澤和高地下水位的地段，選擇透水性較強(qiáng)不易產(chǎn)生凍脹的地段或地下水位埋藏較深的地段，將渠底凍結(jié)層控制在地下水毛管補(bǔ)給高度以上。2．埋入措施三、防凍害措施（一）回避凍脹法1防凍害措施

將渠道做成管或涵埋入凍結(jié)深度以下，可以免受凍脹力、熱作用力等影響，是一種可靠的防凍脹措施，它基本上不占地，易于適應(yīng)地形條件。

3．置槽措施三、防凍害措施（一）回避凍脹法1防凍害措施

置槽可避免側(cè)壁與土接觸以回避凍脹，常被用于中小型填方渠道上，是一中廉價(jià)的防治措施。

置槽措施4．架空渠槽三、防凍害措施（一）回避凍脹法1防凍害措施

用樁、墩等構(gòu)筑物支撐渠槽，使其與基土脫離，避免凍脹性基土對渠槽的直接破壞作用，但必須保證樁、墩等不被凍拔。此法形似渡槽，占地少，易于適應(yīng)各種地形條件，不受水頭和流量大小限制，管理養(yǎng)護(hù)方便，但造價(jià)高。

架空渠槽三、防凍害措施（二）削減凍脹法1防凍害措施

當(dāng)估算渠道凍脹變形值較大，且渠床在凍融的反復(fù)作用下，可能產(chǎn)生凍脹累積或后遺性變形情況時(shí)，可采用削減凍脹的措施，將渠床基土的最大凍脹量削減到襯砌結(jié)構(gòu)允許變化的范圍內(nèi)。三、防凍害措施（二）削減凍脹法1防凍害措施

將隔熱保溫材料(如爐渣、石蠟渣、泡沫水泥、聚苯乙烯泡沫板等)布設(shè)在襯砌體背后，以減輕或消除寒冷因素，并可減小置換深度，隔斷下層土的水分補(bǔ)給，從而減輕或消除渠床的凍深和凍脹。2．隔墊保溫保溫措施三、防凍害措施（二）削減凍脹法1防凍害措施目前采用較多的是聚苯乙烯泡沫塑料，具有自重輕、強(qiáng)度高、吸水性低、隔熱性好、運(yùn)輸和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，主要適用于強(qiáng)凍脹大、中型渠道，尤其適用于地下水位高于渠底凍深范圍且排水困難的渠道。2．隔墊保溫保溫措施三、防凍害措施（二）削減凍脹法1防凍害措施壓實(shí)法可使土的干密度增加，孔隙率降低，透水性減弱，密度較高的壓實(shí)土凍結(jié)時(shí)，具有阻礙水分遷移、聚集，從而削減甚至消除凍脹的能力。壓實(shí)措施尤其對地下水影響較大的渠道有效。3．壓實(shí)三、防凍害措施（二）削減凍脹法1防凍害措施當(dāng)土中的含水量大于起始凍脹含水量，才明顯地出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。因此，防止渠水和渠堤上的地表水入滲，隔斷水分對凍層的補(bǔ)給，以及排除地下水，是防止地基土凍脹的根本措施。4．防滲排水三、防凍害措施（三）優(yōu)化結(jié)構(gòu)法1防凍害措施所謂優(yōu)化結(jié)構(gòu)法，就是在設(shè)計(jì)渠道斷面襯砌結(jié)構(gòu)時(shí)采用合理的形式和尺寸，使其具有消減、適應(yīng)、回避凍脹的能力。U形斷面弧形渠底梯形斷面三、防凍害措施（三）優(yōu)化結(jié)構(gòu)法1防凍害措施

弧形渠底梯形斷面和U形渠道已在許多工程中應(yīng)用，證明對防止凍脹有效?；⌒吻滋菪螖嗝孢m用于大、中型渠道，雖然凍脹量與梯形斷面相差不大，但變形分布要均勻得多，消融后的殘余變形小，穩(wěn)定性強(qiáng)，U形斷面適用于小型