季节性冻土地区衬砌渠道冻胀及防治措施

渠道衬砌的冻害和湿陷防治一、冻害防治冻胀对渠道衬砌危害很大，轻则每年维修耗费大量人力物力，重则影响安全过水，甚至使渠道报废。

根据观察，渠道冻胀破坏大致可分为如下几种形式：1、衬砌面开裂后表面尚平，裂缝两边砌体不错位，缝宽一般在1厘米以下，在冻土消融后大都能闭合；2、衬砌面鼓胀，裂缝较宽，衬砌面有折角，严重的在缝两侧可有错位，变形在消融后不能完成复原；3、严重变为和滑塌，衬砌面在较大范围内折裂，折角很大，其中一、二排几乎成直立，上一排支平成座椅状，上部衬砌失去支持，在春季消融时往往发生大片滑塌，此时在土体内可产生深宽裂缝。

值得注意的是，许多渠道破坏过程说明，以上几种形式并非不变的，如不及时采取措施，冻胀可由轻发展到重，以至最后破坏。

上述1、2种冻胀变形主要因渠道冻胀的不均匀性造成，当衬砌板在某些部位的较大冻胀变形下被托起而受到自重弯矩作用，或由于衬砌与土壤之间冻结力而受到约束而产生裂缝。

鼓胀和裂缝部位大多在阴坡下部1/2～1/3处。

我们在防治冻胀方面积累了一定的经验，总结起来，就是要“因地制宜，综合治理，工程措施和管理措施并重”。

工程措施上主要是：1、改善地基土质和水分条件以消除或减轻冻胀因素；2、从衬砌结构和防渗材料着手来适应或抑制冻胀变形。

现将这些措施分述如下：1、渠道选线及渠系布置：渠道选线对防治冻胀关系很大，有条件的，应尽可能使渠线以粗粒土为主，地下水位较深的地方，在地基透水性不良及地下水位较高地区，应尽可能做成填方渠道，抬高渠底。

在灌区内部的渠系布置，应注意防止田间灌溉渗漏水补给下一条平行等高线渠道的土壤，而引起冻胀。

为此，应在地块与下一条渠道之间设置林带及道路，延长渗漏途径，同时在管理上采取措施。

要避免穿过耕地的渠道采用深挖方断面，这时冻胀最甚。

2、砂砾换基措施：这是我团防治冻胀破坏的一种主要措施，尤其砂砾料丰富地区广为采用。

砂砾换基厚度取决于自然条件。

根据调查和对一些试验资料的分析，在地下水位较深、土质较轻、土层薄而下伏砂砾石层时，换基加衬砌层总厚度一般达到最大冻深的一半。

季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施摘要：路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象。

通过对土的冻胀机理及影响冻胀主要因素的研究，提出了防治路基冻胀的处置措施。

关键词：季节性冻土冻胀影响因素防治措施季节性冻土指地表冬季冻结而在夏季又全部融化的土。

我国北方地区温普遍较低,季节性冻土分布广泛。

路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象，也是该地区公路主要病害之一。

因此，了解冻胀的机理和影响因素，并寻找防治的途径是十分必要的。

由于冻胀问题比较复杂，涉及因素多，所以必须从理论上去认识和了解冰冻作用的物理力学性质，掌握和发现冰冻作用过程的规律，进而找出防治冻胀措施。

1路基土冻胀的形成机理土是由固体颗粒、液体水和气体组成的三相体。

固体土粒是土的最主要的物质成分，由无数大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架主体，称为“土粒”。

在土颗粒之间的空隙中，通常有液体的水溶液和气体（主要为空气）充填。

土在冻结过程中，不仅是土层中原有的水分的冻结，还有未冻结土层中水向冻结土层迁移而冻结。

所以，土的冻胀不仅仅是水结冰时体积增加的结果，更主要是水分在冻结过程中由下向上部迁移聚集再冻结的结果。

重力水和毛细水在0℃或稍低于0℃时就冻结，冻结后不再迁移；而结合水以薄膜形式存在于土粒表面，由于吸附的关系，结合水外层一般要到-1℃左右才冻结，内层甚至在-10℃也不会完全冻结。

所以当气温稍低于0℃时，重力水和毛细水都先后冻结，而结合水仍不冻结，依然从水膜厚处向薄处移动。

当含盐浓度不同时，结合水由浓度低处向高处移动，水分移动虽然缓慢，数量也不大，但是如有不断补给来源，一定时间的移动水量还是很可观的。

水的补给来源主要通过土的毛细作用，由于结合水向上移动，在温度合适时它也被冻结，这就造成冻结后的水分比冻结前的水分大量聚集。

这些水分冻结后就会形成严重的冻胀。

2路基冻胀的影响因素2.1土质对冻胀的影响土的冻胀主要是由于水分的迁移导致的水分大量积聚而引起的。

2006年第二期国土资源导刊摘要：我国处在季节性冻土区，土地开发整理项目中的衬砌渠道设计中应考虑冻胀破坏的防治。

研究冻胀破坏，首先应了解冻胀破坏的原理类型，再计算出工程地点的冻深H，根据冻深来确定冻胀量，从而判断出渠道衬砌层位移值是否超出《渠系工程抗冻胀设计规范（SL23-91）》规定的允许值，最后采取相应的工程措施进行防治。

关键词：土地开发整理；冻胀近年来，随着中央对农村扶植政策的不断深入，国土资源部明确将“加强和改进土地开发整理工作”作为2005年的工作重点。

为提高土地开发整理项目的质量，切实做到为民利民，应以有限的资金投入，产生最大的经济效益。

其中提高项目的农田水利工程设计和施工质量，延长农田水利工程的运行寿命，是提高效益最为有效的途径之一。

笔者将在本文就衬砌渠道设计中的抗冻胀防治进行论述。

我国主要位于北纬温带和寒带，处于明显的季节性冻土区。

土壤中的水分在冬季负温条件下结成冰，使得土壤体积膨胀，地面隆起产生变形。

渠道在衬砌的条件下，因衬砌层约束了土体的冻胀变形，从而产生了巨大的推力，这种力称之为冻胀力。

渠道的衬砌层与土壤之间又有一种粘结力，也会产生切向的冻胀力。

在冻胀力的作用下，衬砌护面就会遭到破坏。

土地开发整理项目的渠道工程设计中，应该考虑冻胀破坏，并采取相应的防治措施。

考察冻胀破坏的程度，需要研究土壤体积膨胀程度，即土壤的冻胀量。

根据《渠系工程抗冻胀设计规范S L23-91》中的规定，衬砌渠道的冻胀变形不得超过允许位移值（见表1）。

计算土壤的冻胀量，必须从土壤的冻深入手，以下就冻胀破坏的类型、冻深与冻胀量的计算方法及防范措施分别进行论述。

1渠道冻害的类型从冰冻破坏性质区分，渠道所受到的冰冻破坏类型大致可以分为3类：①因渠道冬季过水，水体结冰膨胀而形成的冰体对渠道土基衬砌的结构破坏。

因渠道内的水体冻结而造成的破坏，主要是在中国北部寒冷地区冬季需要过水的渠道中发生，除特殊情况外，灌溉渠道冬季已不能过水，所以这种情况比较少发生。

宁夏引黄灌区混凝土衬砌渠道冻害防治摘要：通过总结宁夏引黄灌区混凝土板衬砌渠道冻胀破坏规律，分析引起冻胀的因素，提出通过优化规划设计、提高施工质量，加强渠道运行管理是可以减轻或避免渠道冻害发生的。

关键词：宁夏引黄灌区；混凝土衬砌渠道；冻害规律；防治混凝土衬砌渠道具有防渗、防冲、耐用、美观等优点，在宁夏引黄灌区节水灌溉中被大量采用。

宁夏属季节性冻土区，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，轻则耗费大量的人力物力，重则影响渠道的行水安全，甚至引起渠道的报废。

为了防治混凝土衬砌渠道破坏，通过总结冻胀破坏的特点、分析冻胀破坏因素，进一步优化规划设计，提高施工质量水平，完善渠道运行管理，探索出了适合宁夏引黄灌区衬砌渠道冻胀破坏的防治措施。

1渠道冻胀破坏的特点1.1冻胀、冻害发生的时间宁夏引黄灌区渠道冻胀发生始于每年冬灌结束，也就是每年的11月下旬，随着气温的下降和低温天气的持续，一般在每年1月底至2月上旬发生冻胀。

冻胀引起的冻害则发生在每年的春季消融阶段，始于每年的2月中旬，结束于每年的4月中下旬。

1.2冻胀破坏发生的部位对砌护渠道冻害统计发现有以下规律，阴坡部位的衬砌混凝土板冻害破坏程度重于同部位阳坡部位，同断面处的渠道混凝土板渠底部位的冻害重于上部，渠道离地下水位低的冻害重于渠道离地下水位高的，东西向布设渠道的冻害重于南北向布设渠道，挖方渠道的冻害严重于填方渠道的冻害，粉砂土、粘土地基上砌护的冻害重于砂砾质土上砌护的冻害,窄深式断面混凝土板衬砌渠道的冻害严重于宽浅式混凝土板砌渠道的混凝土板冻害。

1.3渠道冻胀破坏的类型1.3.1混凝土板缝开裂破坏型。

当冬季气温降至负温时，渠道混凝土衬砌板与基底土壤产生冻结。

一方面因混凝土衬渠道为正温下施工砌护而成，在负温的情况下混凝土板要产生收缩，混凝土板在负温下与基土冻结成一体，虽然混凝土板受冻结力的约束，但混凝土板仍要产生一定的收缩应力，发生形变。

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。

浅谈混凝土渠道的冻胀及防冻措施1.引言提高水的利用效率是节水农业的核心，提高水的利用效率主要包括提高渠系水利用系数、田间水利用系数和利用效率（单方水作物产能）这三方面。

我国目前农田灌溉的主要输水方式是渠道输水。

目前，我国渠系水利用系数仅为0.3～0.4，远低于发达国家的0.7～0.8。

冻胀破坏导致混凝土渠道的渗漏是寒区农田灌溉用水损失的最主要方面。

在寒区如果采取有效防冻胀措施，将我国渠系水利用系数提高到发达国家水平，则将极大提高我国农业用水利用率，同时能够有效节约大量水资源。

2 .寒区混凝土主要渠道冻胀破坏形式冻胀作用对混凝土渠道破坏主要表现在使混凝土衬砌板产生裂缝和横断面变形。

2.1混凝土衬砌板裂缝混凝土衬砌板在低温条件下收缩产生裂缝或混凝土内部水分在冻结成冰的时候体积膨胀导致渠道产生裂缝，或二者相互作用产生贯穿裂缝，使渠道中水流下滲严重，极大影响了混凝土渠道输水效果。

2.2横断面变形横断面变形主要由于渠床土的冻胀变位影响和冻胀力的作用所致，使一部分混凝土边坡和个别渠底产生隆起上鼓变形，而当气温回升渠床冻土融沉后，隆起上鼓的混凝土板很难依靠自重恢复原位，导致混凝土渠道架空或者滑塌，最终形成了渠道横断面的破坏和永久性变形，影响水流正常流动甚至无法正常输水。

3.冻胀破坏原因及影响因素3.1混凝土渠道冻融破坏原因3.1.1混凝土本身的冻融破坏首先由于渠道材料混凝土本身的特性决定的。

混凝土本身主要是受压构件，受拉强度远低于受压强度。

混凝土在冻融过程中自身主要受到了三种不同的破坏作用。

其一是混凝土面板在施工期水泥在水化过程产生大量的热，在凝固过程中温度会降低发生热胀冷缩；在混凝土渠道运营时遇到温度降低时也会因为热胀冷缩所作用发生收缩。

当收缩应力大于混凝土面板的受拉极限时就会产生裂缝。

其二是混凝土在凝固过程中水分蒸发形成孔隙，而内部孔隙的水分在温度低于其冰点时就会发生物理状态的变化，由液态水变成了固态的冰，而在此过程中水的体积发生膨胀，对约束其的孔隙壁产生压力，而混凝土内部产生拉应力。

土体产生冻胀的原因[浅析中国北方寒季建筑物土体的冻胀及防冻技术措施]1 冻土的概念及特性凡含有水的岩石及土体，均含有一定的水份，在地基基础设计规范GBJ7-89用（W）来表示天然的含水量。

冬季当温度降低到其冻结温度时，土中的孔隙水结成冰，伴随冰体的产生，固结了土体中微细的颗粒。

各种土体中冰的离析作用，将伴随着一系列非常复杂的物理及化学变化。

以及达到受力的改变。

水分增减，孔隙深液浓度的增大和土体不均匀变形，引起应力产生应变，这是符合材料力学的虎克定律。

这就是冻土产生的根本原因。

不同的土粒比重它的孔隙比是有区别的。

粘土的透水性能较差，吸水率较高，它的冻胀力也越大。

2 土冻胀过程齐市地区按规范（GBJ7-89）规定，季节性冻土标准冻深为2.2M。

冬季期间，潮湿的土体受冻后固结，产生向上的法向应力产生冻胀。

春融季节，冻土吸收外部的热量，出现融化，引起土体沉陷。

周而复始引起土体冻胀――沉陷。

尽管季节性冻土区或者长年冻土区地质条件不一，但这种过程同样存在。

他们的性质有相似的一面也有差别的一面。

对于象齐市地区这种冻土曲线特点应是自上而下单向冻结，冻结过程比较缓慢，往往需要四－六个月的时间，即十月末直至第二年的四月份左右，齐市也把此段视为冬季施工阶段。

最大冻结期间多在一至二月份。

当春暖花开冻土层处于上下双向融化（地热作用）融化速度较迅速，仅一、二个月的时间。

3 冻土地区建筑物的破坏特征3.1 桩、柱下独立钢筋砼基础寒冷地区桩，柱下独立钢砼的基础，冻害相当普遍严重。

某地区的桩埋入土中长度为6M，每年冻拨约50MM左右，据多年统计，现已拨出1000MM左右。

国家标准（GB*****-92）规定：如平均气温低于50时，不得浇水养护，在冬季施工期中，环境气温较低，这种情况下使用薄膜养生液、防水纸或塑料薄膜等封闭材料来封闭混凝土中的多余拌合水，以实现混凝土的自然养护。

但应注意，有些薄膜养生液（例如以水玻璃为主要成分的薄膜养生液）低温下成膜性能差，甚至不能成膜或出现冻胶现象。