灌区U形混凝土衬砌渠道冻胀分析及结构优化

灌区U形混凝土衬砌渠道冻胀分析及结构优化

张峰

渭南市东雷抽黄工程管理中心  陕西省渭南市  715300

摘要：现阶段，灌区U形混凝土衬砌渠道是农田种植以及水资源运输的主要形式之一，但是大多数农业种植区域受到季节以及农田土壤的影响，灌区U形混凝土衬砌渠道经常出现冻胀问题，严重影响农田输水质量和效率。针对此种现状，本文根据某地区农田种植实际案例进行详细分析，同时结合混凝土衬砌渠道冻胀影响因素。有效总结出灌区U形混凝土衬砌渠道结构优化策略。

关键词：混凝土；渠道；平原地区；土壤类型

灌区U形混凝土衬砌渠道与其他混凝土施工结构相比较，此种渠道建设形式普遍具有内部结构简单、施工便利、确保水流畅通等相关优势，并且在实际使用过程中，能够最大程度减少水分的渗漏和损耗，因此成为现阶段大多数农田的主要水资源运输形式。

一、实际案例

混凝土衬砌渠道冻胀损坏始终是农田水利工程需要重点关注的问题之一，并且随着我国农业的发展以及技术水平的创新，各种类型的小型渠道维护率逐年提升，但是针对部分地区的灌区U形混凝土衬砌渠道进行实地勘察可知，大多数渠道结构并没有进行结构维护，防渗漏、防冻胀等相关应对措施实施不完整，经常产生混凝土衬砌渠道结构裂缝问题。对此，本次研究将针对我国某地区的农业种植区域，以及灌区U形混凝土衬砌渠道建设现状进行详细分析。

（一）水文

本次研究的地区位于洪积与冲积的交汇处，因此地质结构的沉积环境对于水质具有极大的作用和影响，对该地区抑制条件进行详细分析，水资源中氣、巧等微量元素的基础含量较高；该地区的地下水位于地质层的深度较浅，并且随着农业种植季节的变化，地质结构自身的含水程度呈现出动态化特点[1]。

（二）土壤情况

由于本次所研究的地区位于平原地区，因此土壤属于黄河冲击所造成的平原，该地区整体地势呈现出东北区域高、西南区域低等主要发展趋势，在地区平均海拔高度为1100m，整体地势较为平坦。在土壤类型的研究上，该地区主要为沙石土壤，因此农作物生产属于中低产量，并且土壤内部结构中所包含的有机物质基础含量较少，突然环境中明显缺少氮元素。

（三）水资源

大多数农田所需要的灌溉水主要来源于地表水、地下水以及黄河水等，但由于该地区地处黄河平原冲击区，所以地下水资源相对比较丰富，整体水位1.2～1.5m。农田进入农业种植和灌溉时期，地下水资源则无法满足农田种植需求，对此种植农户需要引进黄河水进行补给[2]。

二、混凝土衬砌渠道冻胀影响因素

（一）地下水

对于农田种植和灌溉来说，地下水是影响灌区U形混凝土衬砌渠道建设质量以及使用寿命的重要因素之一，这是因为该地区农田灌溉主要依靠地下水，如果在农田种植期间，地下水的基础储量出现明显变化，土质内部的水位大幅度降低，则会出现明显的土质结构压力差，致使大量渠道外部的地下水向渠道内部不断渗透，长期以往，灌区U形混凝土衬砌渠道的边坡混凝土结构会被破坏，甚至出现大面积位移以及滑落等问题。

当灌区U形混凝土衬砌渠道土质均匀时，渠道各个施工区域的基础冻胀量不会随着冻伤深度的增加而增加，所以基层土壤的水分则成为影响冻胀大小的主要因素，由此可见，在土壤质量相同的基础条件上，灌区U形混凝土衬砌渠道的基础冻胀程度与地下水位主要呈现出反向比例关系，并且渠道内部的基础含水率与地下水位的高度变化程度具有密切联系。

（二）渠道走向

灌区U形混凝土衬砌渠道在建设过程中，渠道走向的不同，导致混凝土渠道施工断面的各个部位受到的光照强度也各不相同，除此之外，渠道施工区域的技术含水率如果具有明显差异性，那么渠道内部结构的阴坡与阳坡在冻胀破坏程度上产生了明显区别。其中渠道的南北走向，由于阳光照射时间与阳光照射强度基本处于相同程度，因此两个坡度所产生的冻胀程度以及冻胀出现规律大致相同，其中阴坡所具有的冻胀问题明显大于阳坡。渠道东西走向的部位上，阴坡与阳坡在温度以及总胀规律上具有极大差异性，相比阳坡来说，阴坡会随着温度降低逐渐形成大面积冻结面积，导致所出现的冻胀强度也明显大于阳坡。

（三）土壤

在混凝土衬砌渠道建设过程中，土壤质量是影响渠道冻胀形成的主要因素，土壤因素从宏观上来讲，主要指的是土壤内部成分所包含的物质颗粒直径、土壤密度、颗粒粘结程度以及有机物基础含量等方面。通常情况下，让中的颗粒直径越小，所产生的冻胀程度则越大。这是因为污染颗粒直径的大小，直接影响土壤颗粒之间的间隙，如果间隙过大，则会导致水资源快速渗入，土壤中无法留存更多的水分；反之，土壤颗粒直径较大，那么颗粒之间所产生的间隙则越小，进而导致土壤结构体极易出现冻胀[3]。

而在土壤结构体基础含水率、温度过低等因素处于相同情况下，土壤质量的不同会造成水分移动量不要出现明显差异性。如果土壤属于粘土，那么颗粒之间的引力较大，土壤内部结构中的水分移动量较小，进而所产生的冻结速度较慢。如果土壤属于粉质粘土，极易形成地下水冻结迁移通道，导致土壤结构体中基础含水率不断提高，冻结速度增加，最终导致冻胀问题十分严重。

三、混凝土衬砌渠道结构优化策略

针对灌区U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏规律可知，在混凝土施工过程中使用科学、有效的仿渗漏、抗抗冻胀应对措施能够保证渠道冻胀损坏得到有效的缓解。

第一，选择适合的混凝土衬砌渠道结构以及设计方案，其中填方能够保证渠道下方的水位有效降低，致使渠道基础的水分随之减少，确保进行填方操作后的渠道施工能欧最大程度与空气环境相互接触，让空气对流作用增加了渠道基础工程中水分的流失。

第二，针对现阶段混凝土衬砌渠道的坡度、渠道底部以及连接位置所产生的冻胀问题，则需要针对以上部位进行抗冻胀技术处理，并且对结构连接处，需要使用更科学有效的抗冻胀材料。

第三，灌区U形混凝土衬砌渠道建设过程中，相对于其他施工位置来说，渠道上半部分的地区温度较低，会加剧渠道冻胀发展速度，严重破坏混凝土衬砌渠道工程，比如：渠道内部结构中衬板上部分与渠基结构出现明显分离，针对此种现状，实际开展工程建设和施工时，要在各个连接位置上铺设保温板，维持施工区域的基础温度，避免混凝土衬砌渠道由于冻胀问题遭到破坏。

第四，渠道在坡面工程施工完成后，是针对垫层实际建设情况铺设聚乙烯薄膜，渠道衬彻板等，并且在实际铺设过程中，要确保薄膜压实紧贴，避免出现气泡或者空洞，有效保证材料铺设效果。

第五，想要从根本上保证灌区U形混凝土衬砌渠道施工效果，则需要从根本上控制混凝土施工质量，其中水资源要符合混凝土混合的用水标准，水泥材料则需按照不同的材料品种、材料使用强度、生产厂家等方面进行详细区分，按照种类进行储存。除此之外，混凝土的储存以及堆放方式应满足工程建设的标准要求，从根本上避免出现水分侵蚀而潮湿，针对已经受潮并且结块的混凝土材料，则要进行质量验收并且检查符合标准后才能投入正常使用。

结束语：

总之，为了保证农田种植质量和效果，本文首先根据现有的工程建设案例作为研究基础，针对灌区U形混凝土衬砌渠道冻胀问题所产生的影响因素进一步分析，同时结合案例中渠道施工区域的水文、土壤等基础条件进行实地考察，从中获得了相关资料，有效总结出灌区U形混凝土衬砌渠道所产生冻胀问题的优化策略。

参考文献：

[1]刘景青,刘真.灌区U形混凝土衬砌渠道冻胀分析及结构优化[J].中国水能及电气化,2021(11):55-59.

[2]高丹.苯板厚度对混凝土衬砌渠道基土冻胀的影响[J].东北水利水电,2021,39(04):51-53.

[3]巩永杰,王斌.混凝土-PE结合U形衬砌渠道抗冻性能探究[J].绿色科技,2022,24(16):265-268.