農(nóng)田水利工程凍脹破壞及防治措施

何桂蓮

（甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅蘭州 730314）

農(nóng)田水利工程與國(guó)家糧食安全息息相關(guān)，對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著直接的影響。而凍脹破壞是農(nóng)田水利工程最易出現(xiàn)的問(wèn)題，不僅會(huì)影響工程效益的正常發(fā)揮，而且會(huì)降低農(nóng)田水利工程的使用壽命，并對(duì)工程運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。為此，筆者結(jié)合自身的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)農(nóng)田水利工程的凍脹破壞原因做出了分析，并提出了相關(guān)的預(yù)防性措施。

1 農(nóng)田水利工程凍脹破壞原因

農(nóng)田水利工程凍脹破壞主要是由土壤中的水及土體顆粒物理性質(zhì)和負(fù)溫導(dǎo)致的，如冬季外界溫度降低時(shí)，土體中水分會(huì)發(fā)生凍結(jié)，從而引發(fā)凍土現(xiàn)象。凍土的深度會(huì)隨著負(fù)溫越來(lái)越大，使土壤出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，這樣在約束力的影響下凍土的形態(tài)就會(huì)發(fā)生變化。顯然，渠道中的基土也會(huì)在受凍的情況下出現(xiàn)膨脹，這就會(huì)加大農(nóng)田水利工程渠道混凝土板的變形程度。通常，農(nóng)田水利工程凍脹破壞多發(fā)生在灌區(qū)中下游部，而這主要是因?yàn)橄掠瓮粱裨O(shè)比較淺顯，因此在外界氣溫降低的情況下更易發(fā)生體積膨脹。由此可以看出，農(nóng)田水利工程凍脹破壞由以下3個(gè)條件構(gòu)成：寒冷氣候區(qū)域的持續(xù)負(fù)溫條件；土壤本身的物理性質(zhì)，包括土的顆粒組成、土的礦物質(zhì)成分等；在土壤中存在自由水和毛細(xì)水，并且這些水分與渠道交互滲透。這3種因素的合并致使農(nóng)田水利工程發(fā)生凍脹破壞，不僅嚴(yán)重影響了農(nóng)田水利工程自身效益的發(fā)揮，而且縮短了農(nóng)田水利工程的使用壽命，因此今后必須對(duì)此加強(qiáng)防治。

2 農(nóng)田水利工程凍脹破壞防治措施

2.1 優(yōu)化農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)在經(jīng)常伴有寒凍天氣的特殊地區(qū)，農(nóng)田水利工程容易出現(xiàn)凍脹破壞。對(duì)此，可以通過(guò)改變凍土的性質(zhì)或者結(jié)合對(duì)凍脹規(guī)律的分析，提升農(nóng)田水利工程的抗凍能力。但無(wú)論采取哪一種方式，從源頭入手，整體考慮當(dāng)?shù)氐臏囟惹闆r及地下補(bǔ)水情況，從而優(yōu)化農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)，是十分必要的。例如，在一字型的水閘渠系建設(shè)過(guò)程中，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)應(yīng)放在水平防滲上，從而縮小工程的斷面，以有效避免凍脹現(xiàn)象的發(fā)生。在對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，則可以設(shè)置一些防水層，同時(shí)還可以設(shè)計(jì)反拱底板，利用反拱底板的抗壓性對(duì)凍脹力形成很好的抵制。此外，在農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)中，設(shè)置變形縫也是一種可行的方式，這樣可以避免溝渠物在凍害的影響下受到破壞，并促使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升。在有條件的情況下，可以在農(nóng)田水利工程中使用柔性連接管進(jìn)行連接，并采用固定連接的方式，以有效防止農(nóng)田水利工程出現(xiàn)凍脹錯(cuò)位的問(wèn)題。

2.2 切斷凍土地基水分補(bǔ)給農(nóng)田水利工程凍脹破壞的主要原因是土壤中的水及土體顆粒在負(fù)溫的情況下發(fā)生物理性質(zhì)改變，由于土壤中有自由水和毛細(xì)水的供給，在外界溫度不斷下降的情況下會(huì)使土壤發(fā)生凍脹。對(duì)此，如果能切斷凍土地基的水分供給，就可以避免農(nóng)田水利工程出現(xiàn)凍脹破壞。如果可以切斷地基的水分供給，可以采用高填或排水措施，但在這個(gè)過(guò)程中施工人員一定要把握好土壤中毛細(xì)水的作用及土壤自身的物理性質(zhì)。毛細(xì)水往往上升至地下水面以上2～3 m的平面上，會(huì)對(duì)渠基產(chǎn)生凍脹破壞。因此，切斷細(xì)顆粒土壤中的水分這種方式是行不通的。這就可以從改變土壤結(jié)構(gòu)的角度來(lái)考慮，通過(guò)換填土的方式來(lái)改變土體結(jié)構(gòu)，如施工人員可以在農(nóng)田水利工程興修的過(guò)程中換填一些顆粒比較大的土地，從而替換土壤中原有的細(xì)顆粒土，并確保換填的土質(zhì)與凍土的深度基本是平齊相等的。這樣由于土壤的性質(zhì)發(fā)生了改變，切斷了地基土中的水分供給，就會(huì)極大地減弱農(nóng)田水利工程凍脹破壞的現(xiàn)象。

2.3 改善施工步驟和修補(bǔ)措施在農(nóng)田水利工程中，有效的施工程序和修補(bǔ)措施也可以避免出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象。例如，在冬季施工過(guò)程中，挖好基坑后應(yīng)立即進(jìn)行澆筑，若是不能及時(shí)進(jìn)行澆筑，必須覆蓋相關(guān)的保溫材料，這樣才能避免基土出現(xiàn)凍脹問(wèn)題。如果在施工過(guò)程中晝夜溫差較大，尤其是在低于3 ℃時(shí)，則可以在混凝土材料中加入一定劑量的防凍劑，以有效減少混凝土材料中的水分，從而起到一定的抗凍效果。

如果農(nóng)田水利工程已經(jīng)出現(xiàn)了凍脹損壞現(xiàn)象，可以通過(guò)相關(guān)措施進(jìn)行修補(bǔ)。例如，可以采用噴漿防滲的方式，即在凍脹破損的位置將混凝土板以超高的速度注入，從而起到一定的修復(fù)作用。或者使用環(huán)氧材料對(duì)凍脹位置進(jìn)行修補(bǔ)，此種材料抗?jié)B性能、抗腐蝕能力較強(qiáng)。但需要注意的是，使用環(huán)氧材料修補(bǔ)，要嚴(yán)格確定材料的配比，這樣才能提高農(nóng)田水利工程的防凍能力提供保障。

近年來(lái)，我國(guó)在農(nóng)田水利工程建設(shè)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，這也在很大程度上帶動(dòng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而在一些特殊地區(qū)，由于經(jīng)常伴有寒凍天氣，易使農(nóng)田水利工程受到凍脹破解，不僅影響了工程效益的有效發(fā)揮，而且易引發(fā)安全問(wèn)題。對(duì)此，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，從農(nóng)田水利工程凍脹破壞原因出發(fā)，制定針對(duì)性的防治措施，從而最大限度地減少凍脹破壞損失。