摘要：渠道冻害是西北地区灌区中普遍存在的问题，也是运行管理中较难解决的实际问题。通过对皋兰县西电灌区混凝土预制块衬砌渠道的冻害调查、分析，结合多年的运行管理经验，提出了相应的防治措施。
关键词：西电灌区；混凝土预制块；衬砌渠道；冻害防治
1概述
西电灌区位于甘肃中部干旱地区、黄河流域中游，工程所在地区具有典型的大陆性气候特征，光照充足，气候干燥，温差变幅大，雨量稀少而蒸发量大。据皋兰县气象站1964～2007年资料统计，灌区年平均气温7.10 ℃，极限最高气温38.50 ℃，最低气温-25.40 ℃；年平均降水量266mm，年平均蒸发量1 853.50mm；风向多为西北风，年平均风速2m/s，最大风速17m/s；最大冻土深度119cm，年平均无霜期166d。西电灌区共建成干渠3条，长86.80km，支渠29条，长186km。其中混凝土预制块衬砌渠道占渠道总长的80%，由于冻胀破坏，加之经多年运行，混凝土预制块衬砌渠道大面积破损，冻胀滑坡，基础塌陷，渗漏严重。渠系水利用率、安全保证率逐年下降，维修劳动强度大，运行成本高。
2冻害原因
通过对灌区混凝土预制块衬砌渠道冻胀现象、发生部位及特点的分析，初步认为衬砌渠道冻胀破坏的主要因素有冻胀压力、温度变化、地下水位变化及混凝土预制块质量缺陷等。
2.1冻胀压力西电灌区渠道基础为湿陷性黄土，该土质具有强湿陷性、弱透水性，具备冻胀性基础的基本特征。渠基土的含水量是渠道发生冻胀破坏的决定性因素。渠基所含的水分大多为地面渗水或地下水位过高所致。渠基的含水量较大，导致土壤水饱和产生冻胀。
冻胀压力产生的破坏主要有3种：①混凝土材料具有一定的吸水性，且混凝土预制块长时间处于水下，材料中必定含有一定的水分，这一部分水在温度下降到0 ℃以下后凝结成冰，体积短时间内发生膨胀，当膨胀应力大于材料的膨胀系数时，混凝土产生裂缝。裂缝就成为渗水的又一通道，使得渠道渗水量增大，渠基含水量也逐渐增大，加剧了混凝土的冻胀破坏。②渠道停水后，残留的余水渗入混凝土预制块和渠道基础中，使得含水增大。特别是冬季结冰较厚时，冰块边缘与渠道衬砌混凝土接触面以下水量补充充足，冻胀加大，但较厚的冰层限制了混凝土预制块的伸缩，造成混凝土预制块在冰层接触处折断。③混凝土预制块与渠基土冻结成一体，当冻胀应力大于混凝土预制块在低温下的承受力时，混凝土预制块发生裂缝破坏。
2.2土体温度渠道基础土中的水分要凝结，就必须有一定的温度条件，土壤冻结的临界温度随着土壤类型不同而变化。一般砂土的临界温度为-0.20 ℃以下、壤土为-0.40 ℃以下、黏土为-0.70 ℃以下。皋兰县属季节性冻土发生区域，随着温度的降低，地表温度由零上向零下转变，随着低温天气的持续，地表温度降低由浅层向深层发展，土壤冻结厚度逐步加大，每年1～2月为温度最低时段，此时土壤冻土深度达到最大120cm。由于渠道的走向不同，土体的温度也有差异。特别是东西走向的渠道，受日照的时间不同，渠道两侧渠基土体温度也不同，冻胀量不均匀，易产生冻胀滑坡和渠道轴向位移。例如西电灌区的西干渠、东干渠的部分支渠为东西走向，渠道极易产生轴向位移，每3～5a就要拆除重新衬砌、复位1次。
2.3混凝土质量缺陷及侵蚀破坏一种是混凝土预制块在生产过程中产生的，例如水泥、砂石料、水的质量不合格，使得混凝土预制块本身的抗冻胀能力下降，也容易产生冻胀破坏。另一种是渠道所处的地方地下水位过高，且水中多含酸、碱类化学物质，对混凝土预制块产生较大的侵蚀，使混凝土预制块酥松，失去强度。例如西电灌区的总干三级部分渠段，东干二级车路沟支渠，渠道混凝土预制块破坏特别严重，几乎每年都要大面积翻衬处理。
2.4基础渠道基础土壤的密实度也是影响混凝土预制块破坏的主要因素。基础密度低，水分易渗透，致使基础强度降低，基土滑移、沉陷也易产生混凝土预制块断裂、架空。
3防治措施
3.1复合土工膜或塑料布防渗在渠道土基上铺设复合土工布或塑料布进行防渗，减少渠道水渗漏量，降低渠基的含水量，减小冻胀力。西电灌区在近几年渠道衬砌施工中多采用使用寿命长、防渗效果好的复合土工膜。土工膜一般要求厚度0.30mm，渗透系数K≤10～11cm/s,断裂强度不小于14kN/m,CBR顶破强度不小于2.40kN。土工膜粘接采用热粘接法，搭接长度不小于20cm，粘接部位必须经过渗透测试，不允许有漏粘或粘接不牢。铺设要平整，在铺设前应对渠基进行平整、夯实，铺设从上游向下游铺设。在施工中防止划破土工膜，如遇破损应及时粘贴焊接。铺设土工膜及埋压采用人工。土工膜上设厚40mm的M10水泥砂浆砌筑混凝土预制块，每5m设一道横向伸缩缝。伸缩缝用1∶3的沥青砂浆填塞，聚氯乙烯胶泥封口。 混凝土用预制块嵌缝为高标号砂浆。
3.2砂砾石垫层在挖方渠段施工中，渠基土夯实后铺填厚度为300～500mm的砂砾石垫层，要求夯实，一般要求干容重不小于2.10t/m3，上部铺设混凝土预制块，高标号砂浆勾缝，每10m设一道横向伸缩缝。
3.3浆砌块石在地下水位较高的渠段，采用浆砌块石形式，根据实际情况选用抗硫酸盐水泥，每10m设一道横向伸缩缝。伸缩缝处理为外侧夹设厚40mm的油浸木丝板，内侧用1∶3沥青砂浆填塞，聚氯乙烯胶泥封口。边坡一般为1∶0.5，浆砌块石厚度渠道底部为500mm，顶部为300mm的挡土墙形式。
4结语
做好冻害防治工作，应分析原因，结合实际，区别对待，才能使渠道延长使用寿命，提高输水能力，降低水量损失。混凝土预制块衬砌渠道的冻害防治对灌区的渠道管理意义重大，西电灌区通过应用以上几种防治措施，效果明显，运行良好。
