Page 243 - 水利水电工程施工管理概论

第八章 水利水电工程渠道防冻胀研究

结合土壤的类别、冻深、地下水埋深等综合确定，该措施在甘肃景电工程、内蒙
河套灌区、北疆供水等工程中广泛使用，防冻胀效果较好。但近些年在机场跑道、
铁路路基发现粗粒土换填后亦存在冻胀破坏问题，一是因为细粒土的筛选不严格，
二是因为地表冷板“锅盖效应”作用下使粗粒土中水气迁移凝霜而造成冻胀。鉴

于此，有待进一步采用粗细分层复合压实处理来切断水、气迁移聚集；或采用化
学材料改性渠基土，使土中冰点降低或增强土的憎水性，以改进传统的换填土措施。
（四）渠道“释放力”技术
“释放力”是指通过调整渠道断面形状或衬砌结构形式，协调基土与衬砌间

变形及相互作用，增强衬砌适应基土冻胀变形的能力，以削减冻胀破坏。相较于
梯形渠道而言，弧底梯形渠道、弧形坡脚梯形渠道、U 形渠道因梯形脚弧形化而
使冻胀力分布均匀化，适应变形能力增强而得到广泛应用；同时亦出现了一些新
型衬砌形式，通过在冻胀较强的部位加厚衬砌来抵抗冻胀，如肋型平板、楔形板

或中部加厚板。为使渠道过水流量大且冻胀变形小，李甲林等提出了“水力 + 抗
冻胀”双优断面的设计方法，得到了相应环境下的最优断面形式。摒弃以“抗”
为主而采用“抗适协调”的思路，王正中等提出了双膜垫层及“适变断面”等自
适应结构来协调衬砌与渠基冻胀变形。其中，双膜垫层即在衬砌板和渠基土间利

用 2 层土工膜的相对滑动来减少冻结力约束，从而削减和调整衬砌板受到的冻胀
力及其分布；“适变断面”是采用弧形脚替换梯形脚或采用合适的柔性缝来吸收
衬砌板的挤压变形，适当释放冻胀变形而减少冻胀力。目前数值仿真确定出了适
应冻胀变形的合理双膜布置方式和纵缝的位置、宽度、个数及其组合方案，防冻

胀效果显著。这些精确控制双膜间摩擦力的“适摩”和合理设置纵缝的“适缝”
技术的实践效果，有待进一步的现场试验验证。

三、渠道防渗抗冻胀研究前沿和难点

（一）复杂环境工况下的渠道破坏机理
渠道运行环境和工况复杂，其在太阳辐射、春融、盐渍化等外界环境以及冬
季输水、水位骤降等运行工况作用下发生复杂的多场耦合作用，其破坏机理尚未
完全明晰，有待进一步发展。具体包括：

一是太阳辐射作用下渠道阴、阳坡发生水、热、力的不均匀、不对称、不同
步变化，冻胀破坏存在差异，未来需结合室内外试验探索太阳辐射对渠基冻土水、

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