１概述
　　通過分析研究，渠道的凍脹破壞是由土壤中的水、土體顆粒物理性質(zhì)和負溫所致。渠道防凍脹處理可通過改變渠道結(jié)構(gòu)形式、改變渠基土體的基本結(jié)構(gòu)、使用新型建筑材料等方法來實現(xiàn)。對渠道防凍脹處理方式的選擇，關(guān)系到渠道的造價和施工的難易，應(yīng)在今后的渠道設(shè)計與施工中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，進一步完善新型材料的防凍理論和總結(jié)實際運用經(jīng)驗，為新型防凍材料的大面積推廣應(yīng)用提供條件。
　　
　　2渠道凍脹機理
　　渠道凍脹破壞是由于渠基土受凍體積膨脹頂托襯砌而形成，渠基土受凍體積膨脹必須具備以下條件：
　�、� 寒冷氣候區(qū)持續(xù)的負溫條件；
　　⑵ 土壤中自由水和ë細水的存在，并且有通暢的水分補給通道；
　�、� 土壤本身的物理力學(xué)性質(zhì)，包括土的顆粒組成，礦物質(zhì)成份等。
　　在以上三個條件中，土壤中自由水和ë細水的存在是凍脹發(fā)生的先決條件，也是必備條件。在整個脹破壞過程中，水是最活躍的因素。如果地下水埋深淺，土壤顆粒細，土體中自由水和ë細水的補給十分充足。一旦氣溫下降至零度以下，土體中的自由水和ë細水的體積受凍膨脹，引起土體膨脹，頂托襯砌，破壞渠道。凍脹破壞不但發(fā)生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，ë細水的凍脹性也不容忽視。
　　綜上所述，凍脹破壞是寒冷地區(qū)渠道建設(shè)中的一大難題，由土壤中的水、土體顆粒物理性質(zhì)和負溫所致。
　　
　　3渠道防凍脹處理形式及比較
　　3.1渠道防凍脹處理形式渠道防凍脹處理可通過改變渠道結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)，即用“Ｕ”形或矩形斷面來代替梯形斷面。但這種處理形式只適用于小渠道，流量小于1m3/s的渠道。對于大渠道來說，若采用這種處理方式，難免會造成造價增加和施工難度的加大。
　　從上述導(dǎo)致土體凍脹的的三個基本因素中，只有三個因素同時具備，才發(fā)生凍脹破壞。只要消除其中一個因素，就能防止和減輕凍脹Σ害。從一般的氣候條件來看，外部溫度不達負溫是不可能的，因此只有采取保溫措施達到內(nèi)部不負溫。切斷凍土地基在凍結(jié)前、后的水分補給是防凍脹處理常用的方法，此外改變渠基土體的基本結(jié)構(gòu)也是保證土體非凍脹性的一種方法。
　　要切斷凍土地基在凍結(jié)前后的水分補給，通常是采用高填或排水措施來減少水分的補給。但是由于土體顆粒及物理力學(xué)性質(zhì)的決定，ë細水的作用不可忽視。ë細水往往上升至地下水面以上2～3m的平面上，同樣會對渠基產(chǎn)生凍脹破壞。因此對于細顆粒土體，要完全切斷水分的補給是不現(xiàn)實的，ë細水的凍脹破壞不容忽視。
　　改變基土的基本結(jié)構(gòu)的辦法是進行渠基土的換填，就是用大顆粒的土體填入渠基，將原來的細顆粒土體挖走。這種換填工程量較大，換填厚度一般要大于等于凍土深度。如果在凍土深度小的地區(qū)使用尚可，若在凍土深度較大的地區(qū)使用，往往工程量是很大的。從目前情況看，任何工程要根本回避和解決凍脹三因素之一，在考慮經(jīng)濟條件和節(jié)省投資的情況下，都是非常困難和把握不住的。因此在實際工作中，往往將幾種工程措施結(jié)合起來使用。即以回避一種因素為主，輔之以回避另一種因素的綜合措施進行防凍脹處理。如在兩側(cè)開挖排水溝降低水分補給的同時，對基土進行一定厚度的換填。用砂或戈壁層加塑膜進行保溫，以減少凍脹破壞。
　　近年來，隨著新型建筑材料的問世，苯板越來越多地應(yīng)用于渠道的防凍脹處理。苯板防凍脹的主要機理是它具有保溫的功效，保證了渠基土不受負溫的影響，同上述砂或戈壁層加塑膜保溫的原理是一樣的。根據(jù)現(xiàn)有對苯板的防凍試驗資料，10cm厚的苯板可起到100cm厚砂或戈壁層的保溫效果。遠大于或相當(dāng)于5～10cm厚戈壁、砂、塑膜的保溫效果。
　　3.2渠道防凍脹處理形式比較在高地下水λ區(qū)，即使采取了斷絕土壤中水分補給的措施，仍難以保證阻止ë細水的上升，因此還必須采取其它防凍脹處理形式。
　　對渠基土進行換填是一種防凍脹的處理形式，它即改變了渠基土的結(jié)構(gòu)，又具有一定的保溫作用。它的優(yōu)點是：①當(dāng)渠道附近有大量換填材料時，造價可能便宜；②由于對渠基進行了徹底換填，當(dāng)質(zhì)量達到要求時，可保證渠道永久不受凍脹Σ害。同時也具有以下缺點：①由于換填厚度大，土方工程量較大，當(dāng)換填材料運距較遠時，造價較高；②施工難度大，清除了渠基原土，換填后的砂、戈壁料難以進行夯實，要達到施工規(guī)范要求，難度較大；③換填料的質(zhì)量難以把握，要求回填含土量小于5%的料。采用天然材料，很難尋找料源。若采用人工加工料，則不經(jīng)濟。
　　若不采用基土回填，只鋪設(shè)苯板保溫，防止渠基土凍脹也是近年來漸漸采用的一種防凍脹處理形式。它只有保溫作用，不對基土進行回填。具有以下優(yōu)點：①抗凍效果好，采用10cm的苯板即達到了換填100cm砂或戈壁料的保溫效果；②施工方便，渠道開挖斷面小。不對基土進行擾動，直接將苯板置于基土上，在苯板上直接進行襯砌材料的施工；③在一定條件下造價便宜，使用的施工機械少，人工省。采用苯板，不進行基土換填，避免了大量土石方機械的使用。當(dāng)基土換填材料運距大于一定距離時，其造價低的優(yōu)勢立即顯現(xiàn)。苯板防凍脹材料的缺點是：在一定條件下，同換填相比，造價較高。當(dāng)基土換填材料運距小于一定距離時，苯板造價明顯高于換填處理。
　　
　　4渠道防凍脹成功案例
　　新疆引額濟烏工程（包括頂山隧洞、大洼槽倒虹吸、戈壁明渠、沙漠明渠、平原明渠、“500”水庫等）是由國家、自治區(qū)共同投資興建的長距離、跨流域的大型調(diào)水工程，沙漠明渠和平原明渠是其主要的組成部分，沙漠明渠全長166.5０km，設(shè)計流量47.50～55 m3/s。渠道為梯形，底寬6m，渠口寬25.0m，渠深為3.80m。渠道內(nèi)邊坡為1:2.5０，渠底縱坡1/6000～1/7000，渠道襯砌采用邊長25cm正六邊形砼預(yù)制板，板厚7cm（渠底）、6cm(邊坡)。根據(jù)各渠段地基土的情況，渠道防凍脹采用了不同的形式。沙漠明渠長149km，渠基土為粉細沙，顆粒細，保水性好，屬凍脹土。采用基土換填的處理方式，即在渠基換填厚度為40cm的戈壁砂礫料處理后，經(jīng)過幾年的運行，δ發(fā)生凍脹破壞。平原明渠根據(jù)需要，底板下部布設(shè)了6cm厚的苯板，有的地方在邊坡上布設(shè)了苯板。渠道完工后，發(fā)現(xiàn)部分渠段出現(xiàn)了斷板和凍脹現(xiàn)象。分析原因，基本上可以得出如下結(jié)論：斷板原因為換填基土密實度δ達設(shè)計要求，再加之施工單λ偷工減料板厚δ達設(shè)計厚度所致；凍脹原因為換填基土δ達設(shè)計要求的級配，內(nèi)含細顆粒較多而造成。因此渠道防凍脹形式若采用換填的處理方式，則換填土的本身質(zhì)量及施工質(zhì)量對渠道能否正常運行關(guān)系較大。在施工過程中，應(yīng)嚴格控制，但受施工條件的限制，這些要求達到的難度較大。平原明渠采用苯板防凍脹，施工方便，防凍脹效果較好。
　　
　　5結(jié)語
　　對渠道防凍脹處理方式的選擇，關(guān)系到渠道的造價和施工的難易，必須慎重。苯板作為一種新型的渠道防凍脹處理方式，具有其獨特的優(yōu)點。現(xiàn)階段南水北調(diào)中線工程對苯板的運用還剛開始，一切還處于試驗摸索階段。雖然已有成功的運用例子，但需在今后的渠道設(shè)計與施工中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，進一步完善苯板的防凍理論和實際運用經(jīng)驗，為這一新型防凍材料的大面積推廣應(yīng)用提供條件。