明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究
浅谈渠道冻胀破坏的防御措施
浅谈渠道冻胀破坏的防御措施我国作为历史悠久的农业古国之一，沟渠灌溉在中华文明的发展史上占据着重要地位，而渠道冻胀是寒冷气候灌溉区时常发生的渠基土冻胀现象，并且已经成为灌溉建设的一项技术难题。
渠道冻胀破坏是指灌溉区域渠基土由于气温较低发生的体积膨胀顶托衬砌，使已经建好的渠道遭到严重损害，与此同时也会大大降低渠道的使用寿命，削弱渠道的节水效果。
本文将会探讨渠道冻胀破坏产生的原因和提出这些问题的解决措施。
标签：渠道；冻胀破坏；原因；防御措施渠基土发生冻胀现象通常具备以下三个方面的条件：一是灌溉渠道处在持续负温条件的寒冷气候区；二是土壤中自由水和毛细水的大量存在，与此同时会有充足的水分补给通道；三是该灌溉地区自身的土壤物理特征。
目前受冻胀发生破坏的渠道主要处于灌溉区，并且以灌溉区的中下游地区为主。
这是因为中下游地区地下水较浅、土壤沙粒较细并且土壤中水分充足等满足了冻胀破坏的基本条件，一旦发生持续低温现象，土壤中的水份受涨导致渠基土膨胀而最终发生渠道冻胀现象。
一、渠道冻胀破坏产生的原因1、地下水对渠道衬层的冻胀在冬季气温降至O℃以下时，由于渠床土中含水量不同和土壤冻胀量不同将会造成断裂面上各点的冻胀面分布很不均匀，是渠道衬层发生破坏的根本原因。
实验一再证明：边坡衬砌层所受的冻胀力是平行于该衬砌层的切向冻胀力，该力大小及正负与渠床土壤含水量沿渠道横断面高度的分布直接相关。
当含水量分布为下大上小时，边坡衬砌层会受到横向的压力；当含水量分布为下小上大时，边坡衬砌层将会受到横向的拉力；当含水量分布为上下均匀一致时，边坡衬砌层基本就不会受到压力。
与此同时，如果渠道边坡衬砌层和其下的冻层之间存在一定约束力的话，则有很大的可能性出现冻胀力；如果此约束力解除，渠道就不会受到冻胀力的影响。
在上文的第一种和第二种的渠道水分布状态下，坡底和渠脚的冻胀程度会大于渠坡上部，就会有如下特点：一是渠底衬砌板的冻胀破坏会受到边坡的压迫，冻胀破坏表现为中部大两端小的格局，这样就会导致渠道中心出现裂痕。
河套灌区渠道衬砌工程冻胀破坏分析及防治措施
众 所周 知 ， 土是 多孔 多相 松散 的介 质 ， 它 的组 成是 矿物 颗粒 ， 有机 物质 ， 而水 份 与空气 在其 中的排列 是具
有 随机 性 的。 实 验 表 明。 当 土 质 颗 粒 直 径 大 于 ０ ． １ ｍｍ时 ， 在 冻结 时 几 乎不 存 在 冻 胀 ， 直径 为 ０ ． １—０ ． ０ ５
２ 渠道 衬 砌 的冻 胀 防治 措 施
２ ． １ 渠道基 土换填 及 压实措 施
１ 影 响衬砌 工程冻胀破 坏的 因素
１ ． １ 渠道土 质 的物理 性质
依 据土 质 的不 同性 质对 冻胀 的敏 感程 度 的不 同 ，
河套 灌 区渠 道衬 砌工 程冻 胀破 坏分 析及 防治措 施
周 龙 等
３ ｌ
【 农牧 区水利 】
河套 灌 区渠 道 衬 砌 工 程 冻胀 破 坏 分 析 及 防治措 施
周 龙 ， 赵宏丰 ， 刘 辉
（ １ ． 河 套 灌 域 管 理 总 局 义 长 灌 域 管 理 局 沙 河渠 管理 所 ， 内蒙 古 五 原 ０ 河套灌 区； 冻胀 防治
中图分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ９ ８ ． ２ ６ 文章标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９— ０ ０ ８ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １— ０ ０ ３ １ 一 Ｏ １
０ 概 述
灌 区渠道 衬 砌 工 程 是 为 了 提 高 渠 道 的输 送 水 能
的冻胀 性能 依次 由弱 到 强分 为 ： 砂砾石、 粗砂 、 砂 砾 土 （ 粒径 小 于 ０ ． ０ ５ ｍ ｍ 的沙 土超 过 总含 量 的 １ ２ ０ ％） 、 砂 壤土、 轻壤 土 、 亚黏土、 粉质土， 而其中， 的 土壤 中如 果
衬砌渠道冻胀破坏成因分析及防治措施
个方 面采取经济合理的措施来解决水、 温度和冻胀土对衬砌渠道的影响， 就能很好避免衬砌渠道冻涨破坏 ， 使防渗渠道发挥最大效益 。
关键词
渠道冻胀 破坏 成因 防治措施
灌区渠道防渗衬砌是节水灌溉 的有效措施。近 几年来 ， 国家加大 了对农业基础设施 的投入 ， 各地进 行了较大规模 的渠道防渗 ， 提高 了水资源的利用率，
１ １ 地 下水 衬砌层所受的冻胀力是平行于该衬砌层的切 向冻胀 生上述的向上推移 ； 将会在坡面下部发生折断、 隆起、 架空等形式。 力， 该力 大小 及正 负与 渠床 土壤 含水量沿 渠道 横断 面 结力时，
高度 的分布直接相关 。当含水量分布为下大上小时， １ ２ 渠道 内积 水衬砌 渠道 的影 响 ． 当渠内积水时， 由于冻层保温和对渠坡冻胀变形 边 坡衬 砌层 受轴 向 压 力 ； 当含 水 量 分 布 为下 小 上 大 渠底衬砌板一般不发生冻胀破坏 。由于 时 ， 坡衬砌 层受 到 轴 向 拉力 ； 边 当含 水 量 分 布 为上下 的限制作用 ，
渠 均 匀 一致 时 ， 边坡 衬砌 层 基 本 不 受力 。另 外 ， 道 边 衬 砌体 自重 和冻胀 切应 力 的联 合作 用 ， 坡 与基 土脱 渠 使衬砌体结构破坏， 破坏 主要发生在水 面附近冻 坡衬砌层和其下冻土层之 间冻结约束 的存在与否是 离 ， 边坡衬砌层会不会受冻胀力的必要条件， 若此约束存 胀 变形较 大处 。
２ ２ 工程 施 工 ．
（ 要利用地形条件 ， １ ） 渠道尽可能修建为填方渠
道或 暗 渠 。
（） １ 渠坡 、 基一 定 要夯实 ， 别 是对 填筑 的新 建 渠 特 渠 ， 该 在垂直 方 向层层 压实后 ， 修坡 夯实 。 应 再 （） 缝 前 一定 要 将 砼 板 块 冲洗 干 净 ， ２勾 然后 填 满 膨 胀砼 或其他 新 型填充 材料 如氯 丁橡 胶 等 ， 以减少勾
探析渠道冻胀破坏成因分析及对策措施
探析渠道冻胀破坏成因分析及对策措施摘要：本文是基于新疆地区防渗渠道的主要冻坏类型，并综合应用案例调查、数据分析以及实地调研方法来分析渠道冻胀破坏的类型和成因，在冻坏机理的基础上分析发现，混凝土防渗渠道的冻胀破坏的出现并不是偶然和单方面的，并进一步从渠道的实际建设和防冻角度来提出对应措施。
关键词：新疆地区；混凝土防渗渠道；冻胀破坏；处理措施引言混凝土板衬砌结构是新疆地区水利建设中最主要的一种建设结构，混凝土板衬砌结构优势突出，结构简单、防渗效果显著。
新疆地区是我国较为特殊的一个地区，具有独特的地区特征，冬季天气恶劣，温度异常低，在这种特殊的天气情况下混凝土防渗渠道极容易出现冻胀破坏。
随着经济的发展，新疆地区的水利建设在不断增加，防渗渠道的冻胀破坏形式更加不容乐观，采取积极有效的措施来保护防渗渠道是研究热点问题之一，如何采取有效的防渗渠道来也是建立混凝土渠道的核心点。
一、混凝土防渗渠道冻胀破坏的主要类型析常见的混凝土防渗渠道冻胀破坏类型主要分三种，具体是指防渗渠道混凝土板的冻融破坏、渠道内水体结冰对混凝土板的破坏、渠道基土冻融对混凝土板的破坏。
下面对这三种常见的混凝土防渗渠道冻胀破坏进行分析。
（一）混凝土防渗渠道混凝土板的冻融破坏防渗渠道一般采用的都是薄板结构，这种薄板结构的渠道壁的厚度一般，厚度范围在6—15cm，而防渗渠道的建筑材料的选择也较为普遍，一般是砂石水、水泥、外加剂等材料混合制成。
因而，在防渗渠道的实际建设和应用中很难避免水化作用，渠道管壁上容易出现中空，再加上水流冲击的作用，中空部位往往会出现积水情况。
新疆地区地理位置特殊，天气恶劣，异常寒冷会使得渠道管壁中空的部位因为结冰而出现膨胀，冰的密度大于水的密度，渠道管壁内部受到了挤压，这就改变了渠道原来的结构，挤压严重时，会导致管壁的直接破裂，出现渠道冻胀破坏，一次挤压可能不能造成渠道的破坏，但在多个冬季作用下，挤压破坏的威力积少成多，慢慢的对防渗渠道造成破坏。
渠道冻胀破坏的原因分析及防治措施
渠道冻胀破坏的原因分析及防治措施在渠道的使用过程中，由于受自然气温的影响，地基土每年都处于冻融两种状态而造成渠道的冻胀破坏简称冻害。
不断的改善渠道冻胀破坏问题，可以有效的加强施工的质量，因此本文主要针对渠道冻胀破坏形成的原因以及对其进行有效的防护措施进行探讨。
标签：渠道冻胀；破坏原因；防治措施1、前言伴随季节的变化，一进入冬季北方地区就进入了寒冷季节。
对于建筑物施工过程在冬季普遍出现的问题就是冻胀问题。
渠道冻胀主要是因为渠基土其受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，迫使已经修建的渠道受到影响。
这种渠道冻胀破坏在一定程度上使其使用寿命大大的减少。
2、渠道冻胀破坏的原因2.1土质问题土质在含水量，冷却温度以及其它条件相同时，不同的土质中水分迁移量是不同的。
在粘土特别是极细碎的粘土中，仅有轻微的水分迁移和冰析出而在粉质粘土中可发生最强烈的迁移和冻胀性，因此这种土壤为最具冻害的冻胀性土。
砾石土壤一般认为不具冻胀，但当有更细的充填物时，在冻结时水分迁移反而更剧烈。
2.2水质问题土壤中的水分包括结合水和自由水，自由水又分为重力水和毛细水，产生冻胀的是自由水，而不是结合水。
土壤的含水量是研究冻土内在规律的重要指标，冻土中水分是最活跃的因素，它随深度的不同和季节的变化而不断的改变。
从物理学中可知，液态纯水在标准大气压下温度达到0℃时便会冻结成固态的冰，体积增大9%左右，密度减小8%。
土中的原驻水的含水量不大时，土中水结成冰体积增大，只是降低孔隙率；只有当含水量超过一定界限时，产生土体膨胀，土冻结才能引起地表隆起，这个含水量叫做起始冻胀含水量。
2.3温度问题介質温度愈低，土中水分相变成冰愈多，冻胀愈强。
此外，作用在冻土上的荷载，会减弱水分迁移和冻胀作用。
土体密度大于1.6t/m3时，也可使冻胀明显减弱。
渠道衬砌工程冻害规律一般呈现为，阴坡比阳坡严重，冻结历时长的年份比冻结历时短的年份严重，衬砌体薄而整体性差的冻害更严重，有地下水或外围水补给水分的渠道冻害最严重。
混凝土衬砌渠道产生冻害破坏的原因_secret
混凝土衬砌渠道产生冻害破坏的原因北方地区一些明渠引水，为减少渠道的渗漏损失，增加过水能力，保持渠坡稳定，通常对渠道采用混凝土衬砌。
由于衬砌渠道具有板薄、体轻的特点，其冻害较其它建筑物的破坏更易发生。
1、混凝土衬砌渠道的冻害破坏形式现浇混凝土和预制混凝土板，属于刚性衬砌材料，一般板体较薄，具有一定的抗压强度，但抗拉强度低，适应拉伸变形或不均匀变形的能力较差。
在冻胀力和热应力的作用下，容易破坏。
(1 ) 鼓胀及裂缝。
在冬季，混凝土衬砌板与渠床基土冻结成一个整体，承受着冻结力、冻胀力以及混凝土板本身收缩产生的拉应力，当这些应力值大于混凝土板在低温下的极限应力值时，板体就发生破坏。
衬砌渠道的冻胀裂缝，多出现在尺寸较大的现浇混凝土板的顺水流方向。
缝位一般在渠坡坡脚以上1/4～3/4坡长范围内和渠底中部。
当冬季渠道内有积水或正在运行时，裂缝一般出现在水面附近的渠坡上；当混凝土板尺寸过大，不能适应温度收缩变形时，由于温度应力的改变使混凝土衬砌板形成纵向或横向裂缝，当缝间止水材料不能适应低温变形时，将在分缝处发生开裂。
此外，当混凝土板与基土冻结在一起时，由于冻土产生冻胀裂缝，混凝土板亦可能因此而被拉裂，这种裂缝一般为垂直水流方向的横向裂缝；当渠内存水并结成较厚的冰层时，冰面附近渠坡含水量较高，冻胀程度也较大。
在混凝土衬砌的渠道中，由于混凝土板的冻胀上抬受到冰层一侧的限制，因而可能在冰缘线处，受弯出现裂缝或折断；冻胀裂缝宽度与基土的冻胀性及其不均匀有关。
基土冻胀性弱，裂缝小；基土冻胀性强，裂缝宽。
温度裂缝与拉裂缝一般呈发缝状，这些裂缝往往都与土的冻胀同时发生，因而缝宽随之扩大，特别是其中的纵向裂缝常常成为冻胀缝。
(2 ) 隆起架空。
对于地下水位较高的渠段，由于渠床基土距地下水较近，其冻胀程度大，而渠顶则小，造成混凝土衬砌板大幅度隆起、架空。
这种现象，一般出现在坡脚或水面以上0.5～1.5m 坡面处和渠底中部，有时也会顺坡面形成台阶状。
对混凝土渠道衬砌冻胀破坏防护展开综述
对混凝土渠道衬砌冻胀破坏防护展开综述为研究渠道衬砌冻胀破坏的原因，进行2个方面分析，一是减弱或避免渠道衬砌冻胀的发生，二是增强渠道衬砌抗的冻胀能力。
进而提出预防渠道衬砌冻胀破坏的工程措施。
标签：水利；渠道；混凝土衬砌；冻胀；工程措施前言南水北调、引滦入津、引滦入唐、引黄济青、引黄济太、东深供水及引大入秦等大型引水调水工程，均以梯形明渠自流方式送水，这种送水方式能使水与大气、阳光直接接触，具有良好的自净能力。
上述渠道大部分采用混凝土衬砌方式，从避免或减弱渠道衬砌冻胀的发生，以及增强渠道衬砌抗冻胀能力展开混凝土渠道衬砌冻胀破坏防护的叙述。
1、工程背景在引水调水工程管理过程中，解决渠道混凝土衬砌冻胀破坏问题是一项艰巨且繁重的任务。
混凝土渠道衬砌的冻胀破坏的问题十分严重。
混凝土渠道衬砌的冻胀破坏会缩短工程使用寿命、增加维修管理费用、制约工程效益发挥、影响渠道工程运行，并且降低灌区整体性调度效率。
提出预防渠道混凝土衬砌冻胀破坏的工程措施，不仅可以延长渠道工程使用周期，而且可以提高渠道工程的经济效益。
2、分析与讨论2.1从减弱或避免冻胀发生的角度2.1.1为改善渠基土水热耦合作用，采取保温隔热措施利用保温隔热材料导热系数低的性能，将其布设在衬砌体背后，隔绝衬砌体与基床的物质能量交换。
目前除炉渣、泡沫水泥、聚苯乙烯泡沫板等，针对聚苯乙烯泡沫板成本高的情况，新疆研制出一种塑膜软包装膨胀珍珠岩保温层制品，这种保温制品成本低、保温效果好。
辽宁省东港灌区渠道衬砌采用苯板保温措施，研究表明苯板可以明显地减少冻胀量，减少工程投资，值得在北方冻胀区推广应用。
2.1.2 为减弱或避免渠基土的冻胀破坏力，采取渠基土的换填及加固处理措施将风积砂、砂砾石等弱冻胀性土置换渠基土，防止渠道的冻胀变形，同时降低渠道冻胀量，其换填厚度根据土壤类别、地下水水位埋深等因素确定。
2.1.3 为从根本上防止渠道水入渗，采取防渗排水措施为从根本上防止渠道水和渠堤山的地表水入滲、隔断水分对冻结层的补给，并且保证有良好的排水通道，采取防渗排水措施。
明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究
大，其冻胀性也增大。粒径 ＜ 0 ． 01 ～ 0 ． 05 mm 时 就 会 发 生 冻 胀，粒径为 0 ． 05 ～ 0 ． 002 mm 时，具 有 最 大 的 冻 胀 性，当 粒 径 ＜ 0 ． 002 mm 时，冻胀性相应减弱。在 自 然 条 件 下，不 同 土 壤 的冻胀量顺序如下： 粉质粘土 ＞ 壤土 ＞ 砂壤土 ＞ 重粘土 ＞ 砂 土 ＞ 砂砾。 1． 1． 2 含水率
介质温度愈 低，土 中 水 分 相 变 成 冰 愈 多，冻 胀 愈 强。 低 温时渠道输 水 使 大 量 水 分 渗 入 土 体，使 砌 体 下 土 体 水 分 增 大。冷空气的侵 袭，使 土 体 水 分 迁 移 引 起 分 凝 冰 层 产 生，导 致土体冻胀和融弱层的出现及冷 锋 面 的 变 化，破 坏 土 体 原 结 构。长期的低温，使 土 体 表 层 与 深 层 冷 暖 面 温 差 越 来 越 大， 冻结缘不断将未冻区域水分迁移 到 冰 凝 层，使 冻 结 缘 越 来 越 厚 ，在 地 下 水 位 较 高 地 域 更 严 重 。 1． 1． 4 走向
砼衬砌渠冻胀破坏原因及防治措施
砼衬砌渠冻胀破坏原因及防治措施摘要：混凝土衬砌渠道具有防渗、防冲、耐用、美观等优点，在宁夏中宁县引黄灌区节水灌溉中被大量采用。
由于宁夏处于高寒地区，受冻害及其他一些因素的影响，在冻胀和冻融作用下，近年来渠道运行中屡次出现混凝土板衬砌渠道冻胀破坏现象，严重影响渠道的正常运行。
根据渠道破坏的机理，结合渠道线路、土质、运行、设计及施工等方面的实际情况，对砌护破坏的原因进行调查分析，发现主要是受砌护形式及材料、施工质量和冬季冻胀的影响，其中冻胀破坏是制约北方高寒地区渠道砌护的主要原因，现就该问题提出自己的看法。
关键词：混凝土衬砌渠道；措施；原因1、渠道衬砌体冻胀破坏机理渠道衬砌体冻害问题涉及因素很多, 如渠道土体特性, 地下水位高低, 土壤水分大小, 砌体材料性能和结构强度、几何尺寸、止水排水措施以及当地冬季气温和温差变化幅度、道冬季使用情况和管理水平等等。
事物总有其本质属性和主要矛盾, 要解决冻胀破坏问题, 首先应从冻胀破坏机理研究入手, 并找出楔入点, 再寻求防治对策和措施才是主要的。
渠道衬砌体的冻害主要是砌体下土体的冻胀引起的,土冻胀是多向性, 只是侧向相互平衡了, 所以才形成垂直向上的现象。
对土颗粒位移的热筛效应及对流迁移理论分析, 寒区地表土层由于气温年周期波动产生反复冻结和融化,导致土体坡面再造。
这种再造现象突出表现在三个方面: 一是由于水分迁移引起分凝冰层出现, 导致土体冻胀; 二是伴随水分迁移产生溶质迁移, 引起土层中高浓度带出现, 导致土层中融弱层的产生; 三是内外应力作用下土颗粒位移, 引起冷生剖面的变化, 导致土体性质改变及部分不良物理地质现象出现。
在冻结过程中，基土水分迁移还与基土特性，冷冻强度有关。
基土颗粒的大小决定着土壤毛管力的大小，也就决定着基土水分在冻结过程中迁移的大小。
有资料表明：一般沙不产生或有少量迁移；粉粒及粘粒水分迁移强烈。
如冷冻强度大，使冻结面迅速下移，水分来不及迁移，冻胀弱；反之冷冻强度小，冻结面下移慢，水分有足够时间迁移，冷冻强。
农业灌溉渠道防渗衬砌工程冻胀破坏的探讨
农业灌溉渠道防渗衬砌工程冻胀破坏的探讨一引言在内蒙古河套灌区，由于负温的作用，已建的渠道衬砌与防渗工程都不同程度遭受到冻胀破坏，不仅影响了工程的正常运行，增加了工程管理维修的难度和费用。
其主要原因是没有充分认识渠基土的冻胀规律，多数渠道衬砌与防渗工程规划设计时，没有充分考虑负温作用下基土特有的物理力学性质以及渠道冬季运行的特点。
二河套灌区渠道防渗防冻胀的必要性及重要性河套灌区所属区域的特点决定了灌区渠道衬砌工程必须采取防冻胀技术措施。
① 气候特点。
内蒙古河套灌区地理位置属季节性冻土区。
年平均气温7.0℃，冻结指数（负积温）在600～1100℃.d，土壤冻结期一般从11 月中旬开始，至翌年4 月下旬融通，冻结深度80～140cm 左右。
② 土质特点。
据内蒙古水文地质大队勘探资料，河套灌区2.5m 深包气带范围内以重粉质壤土和重粉质砂壤土为主，粉粘粒（粒径<0.05mm）含量都在65%以上，属于强冻胀性土质。
③ 地下水的特点。
灌溉引水量直接影响地下水位的涨落，影响了土壤含水率高低。
每年9 月下旬至11 月上旬的秋浇是河套灌区必要的一次储墒灌水，此时灌区地下水位最高（埋深最浅），灌区地下水平均埋深在50～100cm 左右，造成灌区土壤含水率较高，土层20cm 以下的土壤含水率都在25%左右，超过了土壤起始冻胀含水率。
河套灌区区域性的特点，同时具备了使土壤产生冻胀的温度、土质、水分条件，冻胀敏感性的土壤在水热耦合共同作用下形成了强冻胀区域。
三渠道防渗工程冻胀破坏成因及特征（1）渠基土的冻胀机理土体发生冻胀必须具备土质、水分和温度三个条件，称为土的冻胀三要素。
渠基土发生冻胀也必须具备这三个条件：一是具有冻胀敏感性的土质；二是土壤含水量超过起始冻胀含水量（特别是有外来水源补给）；三是达到土体冻结的负温和一定的持续时间。
（2）渠基土冻胀的主要影响因素①渠床土质渠道冻害严重程度与渠基土的冻胀量大小有关，而冻胀量则与土的冻胀敏感性有关。
冻土地区水电工程衬砌渠道及建筑物冻胀破坏的因素及防范措施
冻土地区水电工程衬砌渠道及建筑物冻胀破坏的因素及防范措施我国冬季冻土地区主要分布在西北、华北及东北地区，面积约513.7万km2，占国土面积的53.5%。
近几年来，国家加大了对冻土地区水利工程的配套、建设和治理力度，由于平均气温都在-10℃以下，最大的冻土深度在0.8～18m之间，冰冻期长达4个月之久，因此，水电工程衬砌渠道及建筑物冻胀破坏是冻土地区普遍存在的问题，经调查，其中有12%遭受严重冻胀破坏，48.6%遭受轻微冻胀破坏，严重影响了水电工程衬砌渠道及建筑物的安全和正常使用，不能充分发挥工程效益，浪费了大量人力物力。
对于这些水电工程衬砌渠道及建筑物应采取什么样的防冻胀措施才能经济、合理而有效地防止冻胀破坏是亟待解决的关键性技术问题。
一、水电工程衬砌渠道及建筑物冻胀的主要影响因素1．土粒组成冻土地区水电工程衬砌渠道及建筑物是否产生冻胀主要取决于土颗粒的大小，不同的土颗粒组成对衬砌渠道及建筑物冻胀的影响程度也不同，一般壤土地基较轻，黏土地基较重，按粒径组成可划分为非冻胀性土和冻胀性土。
非冻胀性土之所以不产生冻胀是因为土颗粒间隙大，存在网体，水易渗透，土体中无停留水，冻胀性土之所以冻胀是因为土颗粒间隙小，表面积大，不存在渗水网体，与水相互作用的能量也相对增大，使土体中的毛细水不易渗透，停留在土体中，低温下结冰膨胀而产生冻胀。
2．水土体中水份的多少是引起土体冻胀的主要因素之一，地下水位低的部位较轻，地下水位高的部位严重，地表土体中的水分主要来自降水、灌溉水和地下水的补给。
3．气温土体的冻结过程，实际上是土体中温度的变化过程，气温是水电工程衬砌渠道及建筑物产生冻胀破坏的先决条件，在冻土地区是不可抗拒的，工程建筑中防冻胀的措施是对主冻胀带边界条件下进行处理、置换，使水电工程衬砌渠道及建筑物在低温情况下不发生冻胀破坏，从而达到防冻胀的目的。
4．渠道走向和建筑物朝向渠道坡面及建筑物的朝向不同，造成渠道坡面及建筑物断面上各部位的冻胀也各有差异，一般南北走向的渠道及建筑物阴面比阳面冻胀深度大些，东西走向的渠道及建筑物阴面比阳面冻胀的深度还要更大些。
浅析砼衬砌渠道冻胀与冻害成因及防治措施
水利 电力
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ９ ３ ９ ２ ￣ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ １ — ７ ３ ４ １ ． ２ ０ １ ７ ０ ７ １ ７ ６
浅析砼 衬砌渠道 冻胀 与冻害成 因及 防治 措施
单鹏超
南 水 北 调 中线 建 管 局 河 北 分 局 河 北 石 家 庄 ０ ５ ０ ０ ３ ５
摘 要： 南水北调 中线工程 大部 分位 于较 为寒 冷的北方地 区， 由于渠道 水渗 漏以及地下水 的其他水 源的补给 等 因素 ， 渠道基 土 含水量较 高。渠道衬砌 混凝土在 经历 冬季后会 出现 不 同程度的 冻胀损 坏 ， 例 如裂缝 、 错 台以及表 面冻融等 。在天 暖冰雪融化后 又 导致 渠基 土过 于湿润 ， 致使 渠基 土 自身的稳 定性 能和强度 降低 ， 引起衬砌体 的破坏 。这些对 工程的 正常运行 会都 产生严 重的影 响， 不仅浪 费大量的人 力、 物力 、 财力去 维修 和 管理 ， 并且直接 制约着 工程 效益 的发 挥 ， 浪 费宝贵的水 资源 ， 更为严 重的还会 影 响
１ ． １地 下水 对 冻 胀破 坏 的 影 响
外， 当渠道 中的水 向渠床方 向渗流时 ， 不仅增加 了渠 基土 中的含 水量 ， 而且渗流时产生 的渗透力对渠道衬砌板也有破坏 的作用 ， 这 无 疑 加 剧 了 渠道 的冻 胀 破 坏 。
１ ． ４ 渠道 走 向对 冻胀 的影 响
冻土 中水分迁移的宏观表现是冻胀 的实质。 渠 道在停水后 ， 内部 的水位降低 ， 由于存在相对压差 ， 大量渠 道外 部的地下水 向 渠道 内部渗透 ， 渠 道边坡 的混凝土衬砌板处于极不稳定 的状态 ， 从而发生位移 、 滑落。由于地下水渗透 的作用 ， 渠基 土的含 水率 处在较高 的水平 ， 这会使衬砌板本身 出现裂缝甚至断裂。 渠基土 的土质均匀时 ， 渠道各部分 的冻胀量不随冻深的增加而增大 ， 基 土水分 的补给是决定冻胀程度大小 的主要 因素 四。在 土质 相同 的条件下 ，渠基土的冻胀程度与地 下水位 的高低几乎呈反 比关 系。 渠基土 的含水率和水分补给与地下水位 的高低关系密切 ， 在 封闭 的体 系中 ， 土壤 的持水量决定 了其冻胀 的程度 ； 在开 敞的体 系 中， 尽 管土体初始 的含水率很低 ， 但外界水分 的补给会强化其 冻胀程度 。
对渠道冻胀破坏的产生的原因分析及如何处理
对渠道冻胀破坏的产生的原因分析及如何处理阿布都沙拉木.阿布都热西提新疆水利厅头屯河流域管理处摘要：本文通过对某案例进行大量的技术数据分析，指出了渠道冻胀破坏的原因，并采取了相应的防治措施，保障了灌区渠道运行的安全性，减少了水的渗漏损失，提高水的利用率。
关键词：渠道；冻胀；措施；OnchannelfrostheavingdamagereasonsanalysisandhowtodealwithAbudousaladwoodenwAbdouGecityXinjiangDepartmentofwaterresourcesofToutunRiverRiverBasinManagementOf ficeAbstract:Basedonacaseofmassivetechnicaldataanalysis,pointedoutthechannel frostheavingdamagereason,andtakecorrespondingmeasures,protectthechann eloperationsafety,reducethewaterleakageloss,improvetheutilizationrateofwater .Keywords:channel;frostheave;measures;一、工程概况某灌区始建于上世纪70年代初期，建成大中型泵站38座，小型泵站102座，装机容量63567kw。
总干渠1条，干渠5条，总长度178.85km。
设计流量12m3/s,加大流量14.40m3/s，总扬程529m，设计灌溉面积2.03万hm2。
灌区之间，气候干燥、降水少、蒸发量大、昼夜温差大、日照时间长、无霜期较短，属于典型的干旱、半干旱大陆性气候。
据气象站多年观测资料统计表明：灌区年平均气温8.8℃，年平均最高气温37.4℃，年平均最低气温-27.4℃。
年平均风速为1.2m/s，最大风速22m/s。
渠道衬砌防渗和防冻胀的设计与探讨
渠道衬砌防渗和防冻胀的设计与探讨摘要：在实际工作过程中，要着重做好对寒冷区域灌溉渠道衬砌的防冻胀、防渗有关工作，使这些问题得以合理处理，并根据情况，对有关的工程技术做出实际意义上的完善与优化，从而使该地区在灌区渠道发挥相应的效益。
如何一劳永逸的做好严寒地区渠道冻胀防治设计及维修养护工作，保证渠道运行的可靠性和经济性，已是我国北方严寒地区渠道运行管理所面临的一个重要课题。
基于此，通过分析严寒地区的灌区渠道模筑衬砌抗冰胀、防渗工程技术等有关内容，期望可以为有效提高针对我国严寒地区的灌区渠道模筑衬砌抗冰胀能力方面作出一定的贡献。
关键词：渠道衬砌；防渗设计；防冻胀设计目前，在我国的高寒地方对渠道模筑衬砌渗漏与衬砌冻胀的破坏非常严重，且普遍存在，尤其是在地下水位更多的地方。
这些问题对水渠本身和灌区的工作质量都有极大的危害[1]。
所以，对我国高寒地区渠道的衬砌抗冻胀问题加以分析与研究，做好配套的基础工程，并进一步优化与完善配套的技术，有着非常重大的意义。
1寒冷地区灌区渠道衬砌冻胀问题出现的主要原因从总体上看，我国高寒区域灌溉沟模筑衬砌过程中常出现冻胀问题，主要表现在以下三方面：土层冻胀湿度、土层含水率变动大，地基土受到一定程度的破坏。
土壤冻胀湿度和土壤湿度变化较大时，地基土会受到一定程度的破坏。
在这种情况下，冻胀土的主要问题是在最基本土体结构中存在低于0.5cm的土颗粒，但如果地表气温在零度以下，渠道成型衬砌与地基土表层就会产生一定的缝隙，缝隙中会有残留的水分，在这种情况下，就会形成冻结晶体，初始冻结表面将在表层土壤中逐渐形成[2]。
一旦地面气温进一步下降，土壤中储存的水分基底就会冻结成冰晶，然后地基土中的水分通过毛细颗粒后在较短时间呢，会向上移动。
在这种情况下，初始冰晶的上部地基土水分会逐步增加，最终产生永久冻土分布。
特别是在严冬由于这些地区气温很低，表层土壤中下部没有冻结的水，水不断向表层土壤上部移动，没有受到毛管力的直接影响。
渠道混凝土冻胀破坏的原因及防治措施研究
渠道混凝土冻胀破坏的原因及防治措施研究摘要：在混凝土施工过程中，遇到寒冷地区和天气影响，经常会出现冻胀破坏。
本文主要结合渠道混凝土冻胀破坏发生的主要原因，并根据其发生的因素提出一些针对性的防治措施，从而更好的对冻胀原因进行分析。
关键词：混凝土渠道；冻胀破坏；原因；防治1渠道混凝土冻胀破坏原因分析1.1冻融破坏水利渠道混凝土冻胀破坏的原因多种多样，首先经常碰见的是冻融破坏现象。
由于渠道所用的混凝土板较薄板厚度都小于15cm以下。
板材主要运用水泥和砂石等一些外加剂共同掺杂交结构成。
由于混凝土在发生水化反应时，内部都会存在很多微小的缝隙，在沙石和其他外加剂材料具备一定吸水作用的情况，在冬天零下摄氏度的环境中缝隙处的水就会出现结冰，这些水结冰的体积会不断地增大，出现膨胀的现象。
如果水成冰导致体积膨胀，在超出混凝土极限时就会出现很多裂缝。
在冻住和融化的反复作用下，裂缝问题会越来越大，导致冻融破坏的情况时有发生。
1.2渠道内水结冰破坏在水利水电工程中，一般在寒冷地区的水电站引水作业中会运用到渠道工程，这种应用方式为冬季渠道输水运行系统。
在冬季持续时间较长的情况下，如果天气降温明显，那么水中的浮冰会在弯道处不断的堆积，由于水流下降会造成积累的冰块数量，加剧从渠边开始出现浮冰不断的向渠道中心位置偏移，如果浮冰从上游不断的向下游进行运送弯道位置的浮冰在积累严重的情况下，会对两边的混凝土板造成极大的压力和推动力，这样导致整体混凝土的衬砌结构压力过大出现断裂，最后造成位移和破坏现象。
1.3渠基土冻融破坏渠基土冻融破坏现象常见的分为四种，第一种为混凝土板裂缝。
在寒冷天气下，混凝土板和渠床基土会通过冻结的作用力形成一个整体，在受到多种作用力的影响下。
首先会遭受混凝土收缩作用和冻结作用，出现冻融现象下的破坏和鼓胀。
导致积土含水量不断增加，在连年的冻融效果中，裂缝问题会随年增加宽度增加，且裂缝的现象明显。
第二种是架空隆起现象，在渠道未知的地下水位比较高的渠道段中，由于冻胀量相对其他地段比较小，导致混凝土衬砌板出现架空情况，在不断隆起的情况下，坡脚及边坡位置的上方坡更容易发生隆起。
衬砌渠道防冻技术探讨
衬砌渠道防冻技术探讨青海省地处青藏高原，渠道工程多分布于海拔1800米至2800米的范围，水文地质条件复杂，气温、冻深及降水量等自然因素垂直分带明显，随着海拔增高，气温下降，相应的土壤冻结深度、负地温和气温低于0℃的历史都增加和延长。
标签：冻害原因；冻害类型；防治措施1 冻害原因渠道基土是产生冻胀的主要原因，冻胀的大小与渠道基土的土质、水分、湿度及压实度等四个因素有关。
1.1 土质吸引水分能力强的土质，冻胀性也强，理论上一般以土的粒径大小判定冻胀性的强弱，粒径大于0.1mm的基土其所含水分较少，基土粒径为0.05～0.1mm 的土，开始有冻胀，基土粒径在0.05～0.02mm的土冻胀性最强，粒径再小的粘土，由于土粒间的间隙较小，透水性不良，冻胀性反而变小。
按照土质的分类，粘土的冻胀破坏最强，其次依次是粉质土、亚粘土和砂亚砂土。
1.2 水分水是产生冻胀的基本条件，土体内的水分的多少、地下水位的高低以及有无外来水补给等均对冻胀产生强烈影响。
冻结面移动的水分，未冻土内原含有的水分，形成的冻胀量小，当有外来水补给时，则产生的冻胀量大。
1.3 温度气候的寒冷程度，将直接影响渠道的冻结深度。
1.4 压实度渠道基土压实标准高，冻胀就减小，当基土的压实应力大于冻胀中断应力时，冻胀就不会产生。
2 衬砌渠道的冻害类型2.1 温度裂缝型由于温度变化引起衬砌板收缩产生的应力所致。
它多发生在横向收缩缝间距过大的当年施工渠段上，表现形式为衬砌板与工作缝、伸缩缝的断开或衬砌板本身的横向断裂，缝宽为0.5～2mm，由于粘土的填充，这种缝一般不易自行闭合而成为渗漏的通道，伸缩缝预留间距不宜过大，以3～5米为宜。
2.2 冻胀裂缝型由于渠床基土性质及含水量的差异而产生不均匀的冻胀应力所致。
是我省渠道衬砌冻害破坏的主要形式。
冬季衬砌渠道中衬砌板中部附近出现的纵向裂缝，多属于冻胀裂缝，冻胀裂缝是由于基土不均匀冻胀，造成衬砌板不均匀变位。
混凝土渠道冻胀的原因及其维修措施探讨
混凝土渠道冻胀的原因及其维修措施探讨混凝土渠道工程中对渠道做好冻胀防治工作有利于渠道工程的正常使用，有利于避免水资源的浪费，达到理想的使用效果。
混凝土是现代化工程项目施工中最常见的一种施工材料，其具有强度高、稳定性好、质量好等优点。
但是混凝土在施工过程中容易受到外界环境因素的限制，导致其出现裂缝、冻胀等质量问题，极不利于整个工程的施工质量。
基于此，以下就混凝土渠道冻胀的原因及其维修措施进行探讨分析。
一、混凝土渠道工程防治冻胀的必要性混凝土是现代化工程项目建设与施工中的主要施工材料之一，其具有明显的优越性，但是也不可忽视其缺点，一旦受到外界各种因素的影响，极有可能导致混凝土出现质量问题。
在渠道工程施工过程中，混凝土工程的主要功能是为了避免其出现渗水等情况，但是由于该项工程是在冬季施工，外界温度因素对于混凝土的性能造成了严重的影响，这就导致其发生冻胀现象，防水性能也得不到保证。
这就需要在实际工作中对其进行全面分析与处理，以提高渠道工程的整体性能与防水能力。
二、混凝土渠道工程出现冻胀的原因在处理冻胀现象之前，首先应当对其产生的原因进行全面分析。
造成渠道工程出现冻胀现象的原因主要是由于土体结构中的水分结成冰，此时体积因扩张而导致土壤的颗粒发生位移，此时在受到周边建筑物的影响，导致其产生较大的冻胀力，导致整个建筑物出现变形。
尤其是在寒冷的冬季，地下水同样会收到外界温度的影响，导致其冻胀现象越来越严重。
由此可以看出，造成渠道工程出现冻胀现象主要受到地基土的含水量、地下水的基本特征以及土壤特性等多种因素的影响。
1、设计上的缺陷。
渠底是最易受冻胀破坏的部位。
有些小断面渠道，渠底现浇混凝土板未设计纵缝，因底板两侧受边坡挤压，中部受到拱力作用，无法释放，稍有冻胀或滑坡，底板中部就成为数力集中作用点，可轻易折断，在渠底形成一条长长的裂缝。
渠底未设纵缝的混凝土现浇渠道普遍发生这种破坏，破坏情况往往较严重。
2、细砂垫层含粉土量偏高的情况。
渠道衬砌冻胀损坏原因及处理措施分析
渠道衬砌冻胀损坏原因及处理措施分析摘要：现如今，我国是社会经济快速发展的新时期，水利工程基础设施建设一直是国家基础设施建设的重要组成部分，对于社会的发展有很大的促进作用，尤其是对于农业的发展作用非常大。
但是在实际建设过程中有很多问题需要注意，特别是在北方的水利工程建设中，由于气候的原因，渠道工程的建设极其容易受寒冷的天气限制，在冬季很容易发生渠道衬砌的冻胀损坏问题，其主要现象是混凝土剥蚀、错台、裂缝等。
对于渠道衬砌冻胀损坏原因分析及处理措施分析，具有非常重要的意义。
关键词：渠道衬砌；冻胀损坏；原因；处理措施；分析引言我国西北地区干旱而少雨，引水灌溉渠道往往被视作极为重要的基础民生工程。
渠道运行质量对于当地经济发展、民生及社会安定有着举足轻重的作用。
但受限于工程投资、工程地质水文及现场条件，基础渠道工程往往低于设计标准，加之我国西北地区属季节性冻土区，灌区渠道基土受冻胀影响非常明显，渠道衬砌往往出现不同程度的冻涨破坏，轻者出现裂缝、鼓胀，重者坍塌滑坡，引水灌渠带病运行，渠道的水利用效率低下，无法充分的发挥出渠道实际效能，甚至会产生严重的安全隐患，严重影响并制约着严寒地区的农牧业发展。
如何一劳永逸的做好严寒地区渠道冻胀防治设计及维修养护工作，保证渠道运行的可靠性和经济性，已是我国北方严寒地区渠道运行管理所面临的一个重要课题。
1混凝土渠道衬砌结构发生冻胀破坏的判断准则判断混凝土渠道衬砌结构发生冻胀破坏的准则依据几点：第一，判断在混凝土衬砌的填缝处所承受的各方向的剪力作用是否超过所混凝土填充材料的剪力标准值范围；第二，是否产生一些过大且不可恢复的变形受力而致使渠道混凝土结构的冻胀破坏；第三，混凝土渠道衬砌板所受到的最大弯矩位置的拉应力是否超过所混凝土的拉应力标准值范围。
以上几点主要取决于基土冻胀量h的大小。
2对于渠道衬砌冻胀损坏原因的分析2.1衬砌板出现冻融剥蚀情况的原因对于渠道的混凝土衬砌板来说，冻融剥蚀的现象大部分都发生在0.8~1.0m水位变化区，而且渠道的南段相较于北段剥蚀更加严重。
议渠道砼衬砌冻胀防治
议渠道砼衬砌冻胀防治摘要：本文对渠道砼衬砌冻胀损坏产生的原因以及渠道衬砌的抗冻胀防治措施进行了讨。
关键词：渠道砼；衬砌冻胀；破坏问题；防治措施引言：渠道混凝土的冻胀破坏主要原因是渠道的基土、地下水位和气温。
新疆寒冷地区的混凝土渠道工程，是新疆水利工程的重要组成部分，受新疆地区气候的影响，混凝土渠道的冻胀问题较为普遍。
不仅直接影响渠道的正常使用,而且增加了运行管理难度和工程修复费用,因此，在新疆寒冷地区节水农业技术的发展上,要想提高渠系水利用率,就必须正视渠道冻胀破坏问题。
1渠道砼衬砌冻胀损坏原因分析在渠道基土中含有大量的土壤水，这些土壤水主要为土粒子间填充的自由水和吸附在粒子周围的结合水，自由水的多少与粒子间空隙的大小有关，结合水的多少与土粒子总的表面积有关。
对于衬砌混凝土板基土来说，多为夯实土，粒子间隙小，故基土中所含水量主要为结合水。
而结合水的多少又与基土的性质有关，即颗粒的比表面积越大，粒子所吸附的水分也越多，即基土的含水量就越大。
这样，当长时间为负温时，基土中水分就会结冰，根据水在结冰时体积增大的性质，基土的体积也将增大，这将对其上的混凝土面板产生向上的推力，即为冻胀力。
如果该力大于混凝土板本身的重力，就将引起混凝土面板在该力方向上的位移，即发生冻胀破坏。
衬砌渠道冻胀破坏的根本原因是渠床基土的冻胀变形。
造成渠床基土冻胀变形的主要原因有3个：持续负温、冻胀性土壤及埋深较浅的地下。
水产生基土冻胀变形的3个因素相互联系，缺一不可。
在以上的3个条件中，土壤中自由水和毛细水的存在是冻胀发生的先决条件，也是必备条件。
在整个冻胀破坏过程中，水是最活跃的因素。
2渠道衬砌的抗冻胀防治措施2.1 改善渠基土的冻胀性2.1.1长时间的持续负温是造成渠床基土冻胀的根本原因。
渠道施工中将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，阻止或削弱外界与渠床基土的热能交换，保持基土温度≥00C; 隔断下层土的水分补给，可以达到降低冻结深度，有效防止冻胀破坏。
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大，其冻胀性也增大。粒径 ＜ 0 ． 01 ～ 0 ． 05 mm 时 就 会 发 生 冻 胀，粒径为 0 ． 05 ～ 0 ． 002 mm 时，具 有 最 大 的 冻 胀 性，当 粒 径 ＜ 0 ． 002 mm 时，冻胀性相应减弱。在 自 然 条 件 下，不 同 土 壤 的冻胀量顺序如下： 粉质粘土 ＞ 壤土 ＞ 砂壤土 ＞ 重粘土 ＞ 砂 土 ＞ 砂砾。 1． 1． 2 含水率
冬季输水结 束 后 渠 道 内 无 水，地 下 水 位 按 最 高 值 考 虑， 选取断面上不同位置的 7 个 控 制 点，分 别 进 行 计 算。断 面 控 制点的位置见图 1。 2． 2 冻胀量计算
胶东地区引黄 调 水 输 水 明 渠 段 冻 胀 量 的 计 算，根 据《渠
［收稿日期］ 2012 － 04 － 19 ［作者简介］ 曹倩（ 1986 － ） ，女，山东聊城人，助理工程师，主要从事安全生产与质量监督工作。
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第 34 卷 第 4 期
地下水
2012 年 7 月
地基土的冻 胀 及 衬 砌 的 冻 胀 破 坏，加 剧 水 分 进 入 衬 砌 体 内 部，从而使衬砌 体 产 生 剥 蚀。从 结 构 方 面 来 说，渠 道 衬 砌 是 修筑在渠道基土 上 的 薄 壁 轻 型 结 构，在 冻 胀 作 用 下，各 部 位 的受力不均匀，衬砌体适应能力不强，也 易 使 砌 体 破 坏，如 衬 砌 板 断 裂 ，坡 板 滑 塌 等 。 1． 2 渠道冻胀破坏成因分析
渠道边坡衬砌层和其下冻土层之间冻结约束的存在与否 是边坡衬砌层会 不 会 受 冻 胀 力 的 必 要 条 件，若 此 约 束 存 在， 则可能出 现 冻 胀 力，若 此 约 束 解 除，则 其 不 受 冻 胀 力 作 用。 现浇混凝土和预 制 混 凝 土 板 属 于 刚 性 衬 砌 材 料，板 体 较 薄， 具有较强的抗压 强 度，但 抗 拉 强 度 较 低，适 应 拉 伸 变 形 和 不 均匀变形的能力低。因此，当衬 砌 板 与 渠 坡 间 不 存 在 或 存 在 较小的冻胀力的 情 况 下，坡 面 衬 砌 混 凝 土 板 将 向 外 推 移； 当 衬砌板与渠坡间存在较大的冻胀 力 的 情 况 下，就 会 在 坡 面 下 部 发 生 折 断 、隆 起 、架 空 等 形 式 的 破 坏 。
从材料方面 说，渠 道 衬 砌 的 材 料 具 有 一 定 的 孔 隙，又 经 常处于水环境中，其 内 部 总 是 含 有 一 定 的 水 分，在 低 温 下 结 成冰，体积会发生 膨 胀，当 这 种 作 用 引 起 的 应 力 超 过 材 料 强 度时，就会使衬砌 体 表 面 产 生 一 定 数 量 的 小 裂 缝，再 经 过 数 次的周期性冻融 循 环，衬 砌 裂 缝 的 扩 展 增 强 了 渗 漏，加 快 了
梯形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的主要原因是混凝土衬砌 阴坡和阳坡板与渠底板固结，而且 渠 道 混 凝 土 衬 砌 体 被 渠 床 冻土约束，当气温 降 到 结 冰 点 以 下 时，首 先 在 衬 砌 板 和 土 层 接触面间的孔隙 中 产 生 冰 晶 体，在 毛 细 力 作 用 下，土 体 中 的 水分向冰晶体 迁 移，使 冰 晶 体 越 来 越 大。温 度 继 续 降 低，在 渠基土孔隙中也 产 生 了 冰 晶 体，同 样 在 毛 细 力 作 用 下，更 深 部位土体中 的 水 分 向 上 部 迁 移，上 部 土 体 中 冰 晶 体 逐 渐 增 大，土体冻胀更大，并 形 成 冻 土 层，土 体 体 积 膨 胀 表 面 隆 起， 随气温的再降低，冻土层的深度逐渐加 深，冻 胀 量 逐 渐 增 大， 冻胀力逐渐增大，致使混凝土衬砌 板 结 构 内 产 生 了 较 大 的 弯 矩和较大的拉应力、压应力，当阴坡板、渠 底 板 和 阳 坡 板 受 到 的弯矩、拉应力和 压 应 力 超 过 所 承 受 的 极 限 时，渠 道 混 凝 土 衬砌板就发生冻胀破坏。
从材料来说，渠 道 衬 砌 的 材 料 具 有 一 定 的 孔 隙，其 内 部 所含有一定的水分，在低温下结成冰，体 积 会 发 生 膨 胀，当 这 种作用引起的应力超过材料强度 时，就 会 使 衬 砌 体 表 面 产 生 一定数量的小裂缝。再经过数 次 的 周 期 性 冻 融 循 环，衬 砌 裂 缝的扩展增 强 了 渗 漏，加 快 了 基 土 的 冻 胀 及 衬 砌 的 冻 胀 破 坏。因此，渠 基 土 的 含 水 率 是 渠 道 砼 衬 砌 冻 害 的 决 定 性 因 素。渠基土含水 率 大，冻 胀 量 就 大； 含 水 率 小，冻 胀 量 就 小。 同时，地下水位的埋深也对渠 道 的 冻 胀 有 重 要 的 影 响。山 东 省水科院经试验认为，对土体冻深 有 影 响 的 地 下 水 埋 深 范 围 （ L） 应≤土壤毛细水上升高度（ H） 与土体冻深（ Z） 之和，即 L ≤H + Z。 1． 1． 3 温度
2 冻胀分析计算
从冻胀破坏 成 因 的 分 析 中 可 以 看 出，地 下 水 位、渠 道 走 向、渠床土壤的性质及运行工况决 定 着 渠 床 土 壤 冻 胀 位 移 的 大小。因此，胶东调水输水明渠 工 程 根 据 沿 线 不 同 的 土 壤 地 质、地下水 位 值、渠 道 走 向 等 进 行 分 析，取 典 型 断 面 进 行 计 算。 2． 1 计算条件
［关键词］ 渠道； 衬砌； 冻胀破坏； 成因分析； 措施 ［中图分类号］ TV672 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1004 － 1184 （ 2012 ） 04 － 0173 － 03
山东省胶东调水工程位于我 省 胶 东 半 岛 北 部，渠 首 至 引 黄济青宋庄分水闸段为利用现的 引 黄 济 青 工 程，输 水 线 路 长 160 ． 5 km； 宋庄分水 闸 一 威 海 市 的 米 山 水 库 为 新 辟 线 路，输 水线路长 306 ． 703 km，是一项以输水为主，同时兼顾防洪、排 涝、灌溉等多功能于一体的长 距 离 跨 流 域 调 水 工 程。胶 东 地 区引黄调水工程输水明渠位于我 省 胶 东 半 岛 的 东 北 部，渠 首 位于昌邑市引黄 济 青 输 水 河 设 计 桩 号 160 + 500 处，输 水 明 渠沿莱州湾海岸，向 东 北 方 向 至 龙 口 市 的 黄 水 河 泵 站，输 水 线路全长 159 ． 609 km，途经昌邑、平度、莱州、招远、龙口共 5 个县级市。胶东调水工程输水明渠段工程位于暖温带季风 气候区，但具有明显的海洋性气候特征。多年平均气温 11 ℃ ～ 14℃ 无霜期为 200 ～ 220 d。多年（ 1956 ～ 2010 年） 平均降 水量 654． 0 mm 是我省降水量低值区。年平均蒸发量在 900 ～ 1 000 mm 之间，属于半干旱半湿润地区。处于季节性冻土 地区，地表层存有 冬 冻 春 融 的 冻 结 融 化 层，土 体 发 生 的 物 理 力学性质的挤压和减压变化，直接 影 响 着 上 部 建 筑 物 的 稳 定 性，如地表冻胀隆起、融化沉陷，导致基土 上 建 筑 物 受 到 不 同 程度的 破 坏。渠 道 冬 季 输 水，形 成 大 气 与 水 之 间 的 热 量 交 换，当水面负温时，即开始结冰，经过冰絮、岸冰、流冰、封 冻、 解冻等过程，流冰 中 的 冰 塞、冰 坝 和 壅 高 将 对 渠 道 上 建 筑 物 和渠道两侧起到 破 坏 作 用，产 生 的 渠 道 变 形、开 裂 和 滑 塌 现 象，严重影响了工 程 的 正 常 运 行 和 效 益 的 充 分 发 挥，大 大 降 低了渠道的使用寿命。
1 渠道砼衬砌冻胀破坏的影响因素及
成因分析
1． 1 影响因素 渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌板，
从而使衬砌板也承受不均匀冻胀 变 形 的 作 用，当 衬 砌 体 内 弯 曲应力或剪应力 超 过 一 定 范 围 时，便 产 生 衬 砌 体 的 冻 胀、裂 缝鼓起、错位等 形 式 的 破 坏。根 据 施 工 现 场 看，造 成 渠 基 土 受冻引发衬砌不均匀冻胀破坏的影响因素主要有以下几点。 1． 1． 1 土质
2012 年 7ห้องสมุดไป่ตู้月 第 34 卷 第 4 期
地下水 Ground water
Jul. ，2012 Vol. 34 NO. 4
明渠衬砌冻胀破坏成因分析及防冻胀措施研究
曹 倩，孙 博，曹文京
（ 山东省胶东调水局，山东 济南 250010 ）
［摘 要］ 山东省胶东调水工程所在区域位 于 暖 温 带 季 风 气 候 区，有 明 显 的 海 洋 性 气 候 特 征，在 冬 季 引 水 时， 受到低温、冰凌影响对明渠衬砌工程产 生 冻 胀 破 坏，严 重 影 响 引 水 安 全。从 渠 道 的 冻 胀 原 因 入 手，寻 求 合 理 的 防 冻 胀措施。
介质温度愈 低，土 中 水 分 相 变 成 冰 愈 多，冻 胀 愈 强。 低 温时渠道输 水 使 大 量 水 分 渗 入 土 体，使 砌 体 下 土 体 水 分 增 大。冷空气的侵 袭，使 土 体 水 分 迁 移 引 起 分 凝 冰 层 产 生，导 致土体冻胀和融弱层的出现及冷 锋 面 的 变 化，破 坏 土 体 原 结 构。长期的低温，使 土 体 表 层 与 深 层 冷 暖 面 温 差 越 来 越 大， 冻结缘不断将未冻区域水分迁移 到 冰 凝 层，使 冻 结 缘 越 来 越 厚 ，在 地 下 水 位 较 高 地 域 更 严 重 。 1． 1． 4 走向