灌区混凝土预制块衬砌渠道冻胀破坏探讨

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发布时间：2021-09-16

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灌区混凝土预制块衬砌渠道冻胀破坏探讨
李丰春
(玉门市水务局，甘肃玉门735211)
摘要：冻胀是造成衬砌渠道破坏的主要因素，同时抗冻胀问题处理也是渠道工程建设中的重点和难点。通过分析小
昌马灌区混凝土预制块衬砌渠道的破坏原因，并提出防治措施及建议，有利于渠道管理。
关键词：预制块衬砌渠道；冻胀破坏；防治措施；小昌马河灌区
中图分类号：Tv698．2+6 文献标识码：B
1 工程概况
玉门市小昌马河灌区位于甘肃省西部河西走廊的西部，
玉门市新城区西南90 km处，祁连山北麓、照壁山以南的祁
连山脉之中，为四面环山中间低凹的冲洪积盆地，灌区实际
灌溉面积2．15万亩，全部为河灌面积。该灌区冬季寒冷，夏
季炎热，昼夜温差大，多年平均气温3．9℃ ，极端最高气温
36．4℃，极端最低气温一36．5℃，最大冻土深度150 em。灌区
内干支渠工程多建于20世纪60～7O年代，经过几十年运行，
冻胀破损严重，特别使混凝土预制块衬砌渠道冻胀使渠坡变
形、塌陷、预制块脱落，造成渠道输水能力逐年下降，基本丧
失了防渗功能，虽然每年调用大量的劳力和资金对进行渠道
维修改造，也只能维持渠道运行，没有解决渠道冻胀问题。因
此，2006年小昌马河灌区支渠工程被甘肃省水利厅列入灌
区续建配套与节水改造项目，工程投资474．18万元，新建、
改建支渠10条23．65 km。
为了解决渠道冻胀问题，分析渠道冻胀破坏的原因，采
取有效的措施，对保证渠道的正常运行，减少工程投资和维
修养护的费用意义重大。
2 渠道冻胀破坏原因分析
2．1 气温低下，基土冻融变化，破坏混凝土预制块防渗体
由于灌区没有调蓄水利工程设施，秋冬灌溉面积大，每
年11月中旬才能停水。渠道输水时，渗入土层的回归水没有
及时排走，在负温情况下土壤水冻结而土体膨胀，使刚性衬
砌体开裂、隆起；在春季消融时，土体失去强度，使衬砌体塌
陷或滑动。衬砌体开裂、隆起、塌陷和滑动的结果，直接影响
着土层上部渠道的稳定性，导致基土上渠道受到不同程度的
破坏。低温气候是混凝土预制块渠道冻胀破坏的主要原因。
2．2 混凝土预制块自身的条件不足，抗冻胀能力弱
小昌马灌区混凝土预制块衬砌渠道多建于2O世纪6o～
7O年代，由于受当时经济条件限制，混凝土预制块预制大多
采用人工震捣，密实度不够，达不到防冻要求。再加上渠道衬
砌是一种线路性工程，距离长、厚度小、分布广，设计中难以
按照集中性枢纽、单个建筑物那样从结构尺寸上考虑抗冻胀
要求，而只能从经济和防渗的角度考虑薄薄的一层，这样的
结构，重量轻，稳定性差，抗冻性差，在负温下冻结成冰，体积
膨胀作用下引起的应力超过材料强度时，即产生裂缝，冻胀
体的多次循环而破坏。
2．3 渠道无设置伸缩缝，也是渠道冻胀隆起变形破坏因素
之一
根据渠道《工程防渗设计规范》(sL 18—2004)，设计支渠
沿纵向设置道伸缩缝，但对小昌马灌区混凝土预制块衬砌的
渠道实地勘察，大多数渠道无设置伸缩缝，有设置伸缩缝的
每2O～40 m设置一条，不符合工程设计规范要求。渠道如果
冻胀，无法伸展，造成渠道隆起变形破坏。
3 防治措施及建议
3．1 优化设计，提高混凝土预制块衬砌渠道的防冻能力
(1)渠道断面型式和衬砌材料的选择
玉门市小昌马灌区已衬砌的渠道都采用梯形断面，但防
冻能力差，渠道冻胀严重。为了提高渠道自身的防冻能力，续
建配套与节水改造项目在设计中采用了整体性好，占地少，
抗冻胀能力强的弧形底梯形断面。在衬砌材料的选择上，选
择了预制混凝土衬砌和细粒混凝土砌石衬砌两种方案进行
技术经济比较。经综合比较分析，预制混凝土衬砌方案优于
浆砌石衬砌方案。经过技术方案比选，工程项目支渠工程设
计采用弧形底梯形断面，预制混凝土衬砌方案，弧形渠底、渠
坡衬砌厚度均为6 em。材料设计混凝土强度等级为1215，抗
冻等级为Fl0o。
(2)基土置换抗冻胀
根据地质勘查资料，小昌马灌区续建配套与节水改造项
目支渠渠床大部分座落在粉质砂壤土层上，为了防止渠道及
渠系建筑物在冬季发生冻胀破坏，对渠道工程项目进行抗冻
胀设计。依据《渠系工程抗冻胀设计规范》(sL 23—91)，结合
灌区实际情况，工程措施采用基土置换法，换填材料为砂砾
石。渠道垫层置换深度(日 )计算公式如下：
H 8·He-80
式中：置换比(％)，查表取4JD％；