预制U型槽混凝土衬砌渠道防冻胀技术

汪 涛，张 有，王 颖

(1.尚志市水务局，黑龙江尚志150600;2.尚志市三股流水库，黑龙江尚志150601;3.尚志市水资源办公室，黑龙江尚志150600)

河东灌区位于尚志市朝鲜族乡境内，是在蚂蚁河中上游有坝引水的自流灌区，灌区地形是东南向西北倾斜，自然坡降1/500左右，属山谷平原。土壤大部分为暗棕壤土，少部分为砂壤土，冻土深度约1.8 m，地下水埋深1～4 m。灌区有干渠一条，支渠16 条，斗渠89 条，2002 年对河东灌区 2、3、4、5、7共5条支渠进行预制U型槽混凝土衬砌，2008年对灌区8、9、10、11、12共5条支渠及部分斗渠进行U型槽混凝土衬砌，2009年对1支渠及19条斗渠进行U型槽混凝土衬砌。通过几年运行看，节水效果明显，但也存在部分渠道冻胀破坏问题。这些渠道在设计中虽然采取了一定的防冻胀措施，建成运行后，有不同程度的冻胀破坏，轻者出现倾倒、鼓胀，重者出现断裂，不仅影响渠道正常输水和运行安全，而且降低了应有的防渗效果。因此，查找破坏的原因，加以防治，便成了运行管理中亟待解决的问题。

本文通过河东灌区U型槽渠道衬砌实例，经过调查，对U型槽衬砌渠道破坏的原因分析如下，以供探讨。

1 U型槽衬砌渠道冻胀破坏的形式

1.1 断裂破坏

支渠底板采用现浇混凝土底板，底板宽度为0.5～1.5 m，边板为1/2UD80U型槽衬砌。通过一个夏秋季的运行，春天开化后，有的底板产生轻微裂缝，有的渠段U型槽产生断裂，断裂一般产生在拐点处。有的渠段由于衬砌U型槽外侧切线与地面的夹角太小，产生的冻胀力较大，也容易使U型槽断裂。

1.2 隆起破坏

有的渠段现浇混凝土底板自纵横向分缝处产生隆起，隆高在1～4 cm，多发生在渠底，开春化冻后有不同程度复位。

1.3 倾倒破坏

经过一个冰冻后，春季化冻时，U型槽边板或几片、或连片出现倾倒现象。另外，在农田路边的渠道，由于车轮的压力作用，易使部分U型槽倾倒。

2 冻胀破坏的原因分析

调查发现，挖方较深或经过泡泽的渠道，往往地下水位较高，冻胀破坏较严重。同一渠段以背坡U型槽断裂严重，阳坡较轻。产生冻胀的原因主要是土壤中水分凝结成冰，体积增大，使土壤颗粒发生侧向位移。土体膨胀后受U型槽预制板约束，产生冻胀力，造成U型槽倾倒或断裂。究其原因主要有:

1)设计渠底线高度不够。由于受地形条件限制，往往渠底线不能处于地下水位线以上，渠道常年受地下水的浸泡，渠基土层水分补给充分，致使土壤含水量较高，这些渠段冻胀破坏较严重。

2)填方渠道碾压密实度不够。在渠道开挖整形时，填方渠道未按设计要求施工，致使边坡土体松散，使地下水受毛细管作用而大量上升，使渠堤含水量增大，产生较大的冻胀力，导致U型槽产生断裂或倾斜。

3)回填土内摩擦角较小。预制U型槽混凝土板回填砂土时，砂土冻胀力较小，而土的冻胀力较大，开春后，土体复位后，出现了U型槽混凝土板与土体之间有缝隙，致使砂子下落，挤压槽体，致使U型槽产生倾倒变形。

4)设计原因

现浇混凝土底板与U型槽混凝土边坡的连接，设计采用U型槽边板，顶担在渠道底板上，由于渠底冻胀力比边坡冻胀力大，致使底板上抬，边坡向内挤压，在这两个力的作用下，致使U型槽产生冻胀破坏。

5)施工原因

有的渠道某段底板坡降较小，甚至是平坡渠道，施工中易出现反坡现象。关闸闭水后渠道中存在有少量的水排不出去，易产生冻胀破坏。

3 冻害防治措施

1)严格控制混凝土配合比，增加抗冻强度。一般渠道设计抗冻标号为F200，在施工过程中有的渠段可能未达到设计抗冻标号，原因是配合比未达到设计要求，要加强对混凝土搅拌人员的培训，把好质量第一关。

2)加强工程管理，及时维修养护。每条支斗渠均有专人巡护，发现有断裂、裂缝、隆起等现象时，要及时更换。对裂缝处理，用适应变形能力较好的聚乙烯胶泥灌缝。对底板隆起的处理是，挖开底板，去除淤泥，更换砂石填充，严重部位可填至最大冻深。

3)修建排水系统，降低地下水位。在地下水位较高的渠段，可采用在渠道一侧建排水沟，切断渠基外来水的补给，集中排除外来水。

4)严格控制施工质量，确保U型槽安装角度合适，U型槽衬砌时，对于D80槽上口净宽应控制在98～100 cm，与水平夹角85°～87°，此时冻胀力最小。

5)加强田间管理，改变渠道运行方式。加强灌溉管理，入冬前尽可能提前关闸闭水，降低渠道含水率，防止超灌冻胀发生。

尚志市河东灌区U型槽混凝土衬砌工程通过几年运行，防渗效果较好。有些渠段发生冻胀破坏，研究刚性渠道防冻害设计和施工工艺是水利工作者面临的重要课题。

[1]陕西省水利科学研究所.渠道防渗[M].北京:水利电力出版社，1976.