灌区冬季输水渠道防冰和防冻胀措施分析

刘慧慧

摘 要：冬季气温偏低，输水渠道容易出现冻胀、结冰现象，此类现象的发生会导致渠道受到破坏，进而引发泄露、滑塌等问题。为了保障输水渠道的正常工作，一定采取有效的防冰、防冻胀措施，本文就此进行了相关的阐述和分析。

关键词：冬季；输水渠道；防冰；防冻胀

我国北方内陆地区冬季温度较低，大部分地区会处于零下的状态，一些寒冷地区甚至会达到-20℃以下。在持续低温的情况下，输水渠道很容易出现结冰现象，进而导致渠道内出现浮冰、冰盖，从而造成渠道堵塞问题，严重影响输水渠道的正常运作，且在冻胀情况的影响下，有可能会破坏输水建筑。此外，在季节性冻土地区还会出现冻胀裂缝问题，不仅导致渠道漏水，还会降低水的利用稀疏，为灌区带来巨大的经济损失。所以，针对冬季输水渠道的结冰、冻胀问题，要采取有效的预防处理措施，确保输水渠道能够在冬季正常运作，从而保障灌区的经济效益。

一、灌区输水渠道常见的冻害类型

1.冰冻破坏

如果输水渠道在冬季还保持着持续运行的状态，那么结冰问题就会破坏衬砌结构，也就是发生冰冻破坏。在温度达到零下之后，渠道中运行的水体会持续结冰，一旦水面完全封冻，随着水体的输入，冰会不断增多，冰冻层则会日益加厚，进而产生较大的自重和膨胀压力，最终导致衬砌位移、变形。此外，在水体表面漂浮的冰块会在低温中累积成冰盖，造成过水断面缩减，导致水体无法正常流动，输水效率就会随之遍地，甚至会出现表面堵塞、冰壩等情况，导致渠道中的水被挤压溢出，严重时还会引发溃渠问题。

2.冻融破坏

大部分输水渠道的防渗层都是由混凝土构成，其容易出现孔隙水，在冻融特性的影响下，衬砌层会遭到破坏，也就是所谓的冻融破坏。混凝土衬砌层具有较强的吸水性，且渠道中时常会有水体流动，所以防渗材料中会积攒较多的水分。在温度作用下，材料中积攒的水分会冻结成冰，水结冰后体积会增大9%左右，从而造成膨胀问题。如果此类问题带来过大的应力，甚至超过混凝土强度，会造成防渗材料裂缝或变形，尤其在反复冻融之后，材料的吸水性能会增强，膨胀破坏也会进一步加深，最后导致衬砌材料表面脱落等问题[1]。

3.冻胀破坏

在寒冷的冬季，渠基也会受到温度的影响产生冻融、融沉一类的问题，进而破坏衬砌结构，影响输水渠道的正常使用。在冻土区，受到低温影响，渠基土中含有的水分会结冰膨胀，如果膨胀压力过大，造成混凝土无法承受，会使衬砌层隆起。如果衬砌结构整体出现冻胀情况，会导致结构断裂。等到春天，温度升高，结冰部分融化，渠基土结构会变得松软，从而稳定性和强度降低，致使防渗衬砌混凝土出现损坏问题，甚至造成结构滑塌，不仅影响渠道的运行，还会带来一定的安全隐患。

二、灌区冬季输水渠道防冰和防冻胀的措施

1.明确冰害位置，优化运行方案

研究和实践表明，冬季输水渠道的冰害问题普遍出现在进水闸、主干线、压力前池等位置。针对主干线产生的冰害问题，可以采取输冰运行的方式，也可以采用冰盖运行的方式，从而减少结冰问题带来的影响。针对水闸等位置，可以采用水力拉冰的处理措施，以此减少结冰情况，降低冰害影响[2]。此外，也要对岸冰加以控制，避免其超过40cm。如果岸冰宽度超过40cm，则要进行加热、打捞等处理工作，做好结冰位置的清理。根据实际结冰情况，在渠首和沿线位置适当设置排冰道，通过采取冰棱储蓄、冰块排除的方法缓解内部结冰的情况，进而有效控制堵塞问题的发生，确保输水渠道的正常运行。

2.改进结构断面，置换边坡土体

要选择恰当的渠道结构，如果水流量每秒不超过3m?且流速较低，且渠道属于小流量。流速渠道，可以采用U型断面，该断面不仅具有较强的输水效率，还具有一定的防冻性能，通过改变渠道结构来改变其抗滑稳定性，同时增强抗应力能力。通过对渠道、线路、水沟的合理规划和布局，减少渠床基土中国的含水量，避免冻胀危害的出现。根据季节性冻土的特点，可以对渠道坡面土地进行置换，可以将砂砾作为主要置换材料，其具有较强的非冻胀性能。将出现冻胀破坏的土料全面置换，置换厚度誉为冻土深度的三分之二。在渠道输水的过程中，冻胀部位会出现一定的上移现象，导致冻胀面增高，在边坡板三分之一的位置会出现冻胀破坏。土体置换完成后，衬砌板下方的土体虽然仍旧会在负温度作用下出现冻结问题，但由于置换的土体不会发生冻胀，所以不会引发变形问题[3]。

3.合理筛选材料，隔温保温处理

为了保障输水渠道的质量，在渠道防渗施工的过程中，应该采用合理的防渗材料，并根据相关的技术规范控制材料的冻胀量。通常，砌石的冻胀量为1-3cm；混凝土的冻胀量为0.5-2cm；沥青混凝土的冻胀量为3-5cm。合理筛选防渗材料能够控制工程的冻胀性能。也可以对渠基进行夯实处理，或在防渗层下方再多加两层封闭层，这些措施都能够控制冻结层能够获得的水源补给，进而在隔热保温的作用下改善渠道的防冻胀性能。在隔热保温方面，可以深埋输水构建物，使其位于冻土层下方，从而实现隔温、保温的目的。同时在防渗混凝土衬砌层下方设置保温层，保温材料可以采用EPS聚苯乙烯膨胀泡沫板。通过这种方式，既可以增加渠道的防渗性，也可以实现保温的目的。调查显示，采取此方法之后，渠系水的渗漏情况得到了明显的环节，较之改造之前，渗透量缩减到了原有的十分之一，冻胀量也得到了大幅度的降低，约降低了70%，可见该方法有明显的应用效果。此外，也可以在渠道两侧进行绿化种植，利用树木根系形成纤维层，其不具有冻胀性，所以在改善基土性质的同时，也能形成网格图层结构，进而提升结构稳定性。此外，树木可以促进微气候循环，也能带来一定的保温效果。

结语

综上所述，在北方灌区，由于冬季温度较低，输水渠道很容易出现结冰、冻胀等问题，针对这些问题，应该采取有效的处理措施，如置换土体、隔温保温等措施，这些措施具有经济有效的优势，可以适当推广。

参考文献

[1]梁军.浅析南河灌区渠道防冻胀措施[J].农业科技与信息，2018.

[2]魏鹏，宋玲，陈瑞考，et al.季节性冻土区冬季输水渠道新式防冻胀结构的数值模拟[J].石河子大学学报（自然科学版），2018，v.36（03）.

[3]王文生.冬季输水渠道防冻胀破坏研究[J].水利建设与管理，2017（10）.