年小剛 袁 斌

（四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院 四川 德陽 618000）

1 工程概況

打火溝水利工程位于四川省甘孜州甘孜縣，工程區(qū)屬青藏高原東南緣的高原區(qū)，橫斷山脈的東北翼部分，是丘原地貌向山原地貌過渡區(qū)。平均海拔3500m以上。灌區(qū)由于流域內(nèi)積雪期長，徑流受融雪（冰）水補(bǔ)給所占比例較大，因此徑流年際、年內(nèi)、月內(nèi)、日內(nèi)變化均受氣溫變化影響。

2 地質(zhì)條件

2.1 氣候特征

工程區(qū)北部有巴彥喀拉山，東部有果拉狼，南部有巍然挺立的沙魯里山脈，雪山環(huán)抱。工程區(qū)屬于高山寒冷氣候，天氣變化異常，季節(jié)性溫差及晝夜溫差變化大，冬季12月份最低溫度可達(dá)-26.8℃，最高為21.1℃；3月～4月份最低溫度為-11.5℃，最高為18.3℃。

2.2 工程地質(zhì)條件

據(jù)調(diào)查工區(qū)冬季存在季節(jié)性凍土問題，凍土厚度0.8m～1.2m，河道有浮冰。依據(jù)《中國季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深線圖》查得，該地區(qū)季節(jié)性凍土深度為0.8m～1.0m。

工區(qū)地下水主要賦存于第四系地層孔隙和基巖裂隙中，接受大氣降水、地表水和上游河水補(bǔ)給。

3 渠道施工概況及渠道變形分析

3.1 施工情況

本工程由于所處高寒地區(qū)，季節(jié)性溫差變化較大，在寒冷的冬節(jié)，因氣候的特殊性，工程無法施工（一般是當(dāng)年的11月～次年的3月份），為停工待建期。

渠道于2011年的4月動(dòng)工開挖，5月開始渠道混凝土澆筑，在10月氣溫下降前完成渠道的澆筑和養(yǎng)護(hù)。

圖1 凍脹破壞的渠道

3.2 渠道變形調(diào)查

梯形挖方明渠，在渠堤的中部或中下部位置出現(xiàn)大量破裂縫和裂紋，部分裂縫張開0.5cm～3cm，錯(cuò)開約4.5cm；部分裂縫張開1mm～3mm，無錯(cuò)動(dòng)跡象。均間斷分布，非連續(xù)性，內(nèi)堤多于外堤。個(gè)別位置發(fā)現(xiàn)有垂直渠道的橫向裂縫，張開1mm～3mm，無錯(cuò)開，在排水孔的周圍見有細(xì)小裂紋，見圖1。

3.3 變形原因分析

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各條渠道所處的位置和工程地質(zhì)條件，以及對(duì)部分已澆筑渠道混凝土的變形破壞形式和破壞程度，分析其主要原因是渠基土產(chǎn)生凍脹，而施工中未采取相應(yīng)的工程或結(jié)構(gòu)處理措施造成的。

3.3.1 物質(zhì)條件

渠槽組成物質(zhì)主要為第四系的上更新統(tǒng)冰水堆積層（Q3fgl）和全新統(tǒng)坡積堆積層（Q4dl），局部為全新統(tǒng)坡、洪積堆積層（Q4dl＋pl），其成分主要為粉質(zhì)粘土、卵礫石土及塊碎石土，其小于0.075的顆粒含量達(dá)21.9%～31.5%，細(xì)砂粒含量10.2%～19.6%。

3.3.2 地下水

渠道大部分地段是沿山體斜坡地形通過，因此，沿山體斜坡地段通過的渠道（除跨溝段外）雖然地下水較低。但由于渠堤內(nèi)側(cè)冰雪融化，地表水下滲，賦存于土體孔隙中，因季節(jié)溫差大，造成凍脹破壞。據(jù)探坑揭示：漂卵石土結(jié)構(gòu)中密～密實(shí)，透水性強(qiáng)，地下水位隨季節(jié)變化較大，枯期地下水位大約在渠基以下1.0m～1.5m。據(jù)取樣試驗(yàn)：渠基土體含水量為19.7%，為整個(gè)灌區(qū)基土含水量最高的渠段，高于凍土臨界含水量。

圖2 砂礫石墊層的鋪設(shè)

圖3 保溫層的鋪設(shè)

3.3.3 氣候條件

工程處于高山寒冷氣候地區(qū)，冬季最低溫度達(dá)-26.8℃，最高21.1℃，每年的3月～4月份最低溫度可達(dá)-11.5℃，最高18.3℃。因此，季節(jié)性溫差和晝夜溫差較大是該地區(qū)建筑物產(chǎn)生凍融破壞的又一主要原因。

4 抗凍脹措施

4.1 置換措施

在凍結(jié)深度內(nèi)將襯砌板下的凍脹性土換成非凍脹性土。砂礫石墊層不僅本身無凍脹，而且能排除滲水和阻止下臥層水分向表層凍結(jié)區(qū)遷移，所以砂礫石墊層能有效地減少凍脹，防止凍害現(xiàn)象的發(fā)生。砂礫石墊層的鋪設(shè)見圖2。

4.2 保溫措施

在渠道襯砌體下鋪設(shè)隔熱保溫層，阻隔大氣與渠基土的熱量交換，提高襯砌體下基土溫度，消減或消除凍脹，防止發(fā)生凍害。保溫層的鋪設(shè)見圖3。

4.3 壓實(shí)措施

采用壓實(shí)措施提高渠床土密度以降低凍脹量是一種簡(jiǎn)單易行的方法。壓實(shí)法可使土的干密度增加、孔隙率降低、透水性減弱，從而減小渠基土的凍脹變形。

5 試驗(yàn)段方案的實(shí)施

打火溝水利工程是四川省近幾十年來開展凍土區(qū)大中型灌溉水利工程的先例。省內(nèi)在認(rèn)識(shí)存在不足，也沒有可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)抗凍脹措施的分析，選取了一段渠道作為試驗(yàn)段。試驗(yàn)段基本采取的思路是削減措施。采取了保溫、增加砂礫石墊層及混凝土抗凍結(jié)構(gòu)措施。

渠系工程設(shè)計(jì)凍深按照SL 23－2006《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》式3.1.3計(jì)算：Zd=Ψd×Ψw×Zm

分析計(jì)算后，設(shè)計(jì)凍深Zd=1.08m，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查詢問，冬季區(qū)內(nèi)季節(jié)性凍土深度0.8m～1.2m，基本吻合。

本渠道為梯形斷面、混凝土板襯砌，其允許法向位移值取0.75cm，計(jì)算（凍脹量）大于0.75，需要采取適宜的抗凍脹措施。

板厚按下式計(jì)算：

計(jì)算得保溫板板厚δx=4cm。

6 試驗(yàn)段效果分析

試驗(yàn)段所有明渠邊板和底板均未出現(xiàn)垮塌和折斷，說明渠道混凝土厚度和強(qiáng)度起到了擋土墻的作用，這和治理前是不同的。試驗(yàn)段局部出現(xiàn)微小裂縫，裂縫寬度均在1mm以下，較之整治前裂縫寬度（均在1mm～5mm，部分裂縫張開0.5cm～3cm，錯(cuò)開約4.5cm）有明顯縮小。裂縫只是從融雪滲水痕跡判斷出來的，肉眼不易發(fā)現(xiàn)。

7 試驗(yàn)段改進(jìn)措施

根據(jù)對(duì)試驗(yàn)段的評(píng)價(jià)分析，基本可以判定：地下融雪水賦含于渠道土體，由于氣溫低，地下水結(jié)冰，不能排出，渠身周圍凍脹土存在，凍脹問題不能從根本上消除。

基于對(duì)試驗(yàn)段分析，建議在原試驗(yàn)段基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，可采取以下幾種措施之一種或措施聯(lián)合：

(1)新建段明渠面層混凝土均配置抗裂鋼筋網(wǎng)。

(2)對(duì)渠道周圍凍脹土進(jìn)行置換，增加碎石墊層。減少凍脹力產(chǎn)生的邊界條件。

(3)加大明渠底部排水盲溝尺寸（30cm×30cm），內(nèi)填碎石。

(4)地下水豐富段，建議取消明渠，改為鋼筋混凝土暗渠，表面覆土。

8 結(jié)語

渠系在高海拔季節(jié)性凍土地區(qū)的凍脹破壞的現(xiàn)象說明渠道在抵抗凍脹方面的不足，試驗(yàn)段的施工和觀測(cè)，為渠系工程在高海拔季節(jié)性凍土地區(qū)的施工積累了可操作性的工程經(jīng)驗(yàn)。陜西水利

[1]GB 50288－99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50288－99，凍土工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[3]SL 23－2006，渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]SL18—2004，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范[S].