季节性冻土地区渠道防渗施工技术改进及耐久性提升策略

一、引言

季节性冻土地区广泛分布于我国东北、西北及华北部分地区，该区域冬季寒冷，土壤冻结，春季气温回升后又快速融化，这种周期性的冻融循环对渠道工程产生严重影响。渠道作为水利工程中重要的输水设施，其防渗性能和耐久性直接关系到水资源的有效利用和工程的安全运行。在季节性冻土地区，渠道因冻胀作用导致防渗层开裂、剥落，渗漏现象频发，不仅造成水资源浪费，还可能引发渠道坍塌等安全事故，严重影响渠道的使用寿命和工程效益。因此，研究季节性冻土地区渠道防渗施工技术改进及耐久性提升策略具有重要的现实意义。

二、季节性冻土地区渠道防渗施工面临的问题

2.1 冻胀破坏严重

季节性冻土地区渠道在冬季，土壤中的水分冻结成冰，体积膨胀，产生巨大的冻胀力。由于渠道防渗层与土壤之间的相互作用，冻胀力会对防渗层施加向上或向外的推力，导致防渗层出现裂缝、隆起、错位等破坏现象。尤其是在渠坡和渠底等部位，冻胀破坏更为明显，严重影响渠道的防渗性能和结构稳定性。

2.2 传统防渗材料性能不足

传统的渠道防渗材料如混凝土、黏土等，在季节性冻土地区应用时存在诸多缺陷。混凝土材料虽然具有一定的强度和防渗性能，但抗冻性较差，在冻融循环作用下，内部孔隙中的水分反复冻结和融化，导致混凝土内部产生微裂纹并逐渐扩展，最终引起材料剥落、强度降低。黏土防渗层容易受水浸泡而软化，且冻融后其密实度下降，防渗效果显著降低。

2.3 施工工艺不合理

部分施工单位在季节性冻土地区渠道防渗施工过程中，仍然采用常规的施工工艺，未充分考虑冻土地区的特殊环境。例如，在土壤冻结期进行基础处理，无法保证基础的压实度；混凝土浇筑时，未采取有效的保温和养护措施，导致混凝土早期强度增长缓慢，抗冻性能降低。

2.4 维护管理困难

由于季节性冻土地区地理环境复杂，交通不便，渠道维护管理工作难度较大。一旦渠道出现渗漏或冻胀破坏等问题，难以及时发现和修复，使得小问题逐渐演变成大故障，进一步加剧了渠道的损坏程度。

三、季节性冻土地区渠道防渗施工技术改进措施

3.1 优化施工工艺

3.1.1 合理安排施工时间

在季节性冻土地区，土壤冻结期内，土体的物理力学性质会发生显著变化，此时进行基础处理和防渗层施工，难以保证施工质量。因此，需严格避开土壤冻结期开展相关作业，最佳施工期一般为春季土壤完全融化后至秋季土壤开始冻结前。这一时期内，土壤处于稳定的非冻结状态，能够为基础处理提供良好的作业条件。例如，在东北地区，每年的 5-10 月是较为适宜的施工时段。

施工前，施工单位应与气象部门建立密切联系，通过专业的气象预报系统，获取未来较长一段时间的天气信息，包括气温变化、降水概率等。依据这些气象数据，结合施工进度计划，合理编排各施工环节的具体时间节点。对于混凝土浇筑等对温度要求较高的工序，需确保在日均气温不低于 5℃的条件下进行。同时，预留一定的时间弹性，以应对突发的恶劣天气变化，防止因气温骤降或降水等因素，影响混凝土的凝结硬化过程，从而保证施工质量。

3.1.2 改进基础处理方法

采用换填法处理渠道基础时，材料的选择至关重要。非冻胀性或弱冻胀性材料如砂砾石、碎石等，因其良好的透水性和较低的冻胀敏感性，成为换填材料的首选。在确定换填厚度方面，需综合考虑当地冻土深度和土壤冻胀性。一般而言，换填厚度不小于冻土层厚度的 1/3 ，如在冻土深度为3 米的地区，换填厚度应达到 1 米以上。

在换填施工过程中，要严格把控材料的级配。以砂砾石为例，其颗粒级配应符合相关规范要求，确保大小颗粒合理搭配，以形成良好的密实结构。同时，通过分层填筑、分层压实的方式进行施工，每层填筑厚度不宜超过 30 厘米。使用合适的压实机械，如振动压路机等，按照先轻后重、先慢后快的原则进行压实作业。压实过程中，实时检测压实度，确保其达到设计要求。可采用灌砂法、环刀法等检测手段，对每层压实后的土体进行密实度检测，只有当压实度满足设计标准后，方可进行下一层的填筑，以此保障渠道基础的稳定性，有效抵御冻胀力的破坏作用。

3.1.3 创新混凝土浇筑工艺

在混凝土浇筑时，采用分层浇筑、振捣密实的方法，确保混凝土的浇筑质量。为提高混凝土的抗冻性能，可在混凝土中添加防冻剂、引气剂等外加剂。此外，在混凝土浇筑后，及时采用保温材料进行覆盖养护，如棉被、草帘等，防止混凝土受冻，保证其早期强度的正常增长。

3.2 改良防渗材料性能

3.2.1 推广新型防渗材料

近年来，许多新型防渗材料在季节性冻土地区渠道防渗工程中展现出良好的应用前景。例如，土工膜具有优异的防渗性能和抗冻性能，其材质柔软，能够适应一定程度的冻胀变形，可有效防止渗漏。此外，新型复合防渗材料如膨润土防水毯与土工布的复合，结合了两者的优点，既具有良好的防渗效果，又能在一定程度上抵抗冻胀破坏。

3.2.2 提高传统材料性能

对传统的混凝土、黏土等防渗材料进行改良。在混凝土中加入纤维材料，如聚丙烯纤维、钢纤维等，可提高混凝土的抗裂性能和韧性，增强其抗冻融能力。对于黏土防渗层，可通过添加一定比例的石灰、水泥等固化剂，改善黏土的物理力学性能，提高其抗冻性和防渗性能。

3.3 创新结构设计

3.3.1 采用柔性防渗结构

针对季节性冻土地区渠道冻胀变形大的特点，采用柔性防渗结构代替传统的刚性防渗结构。例如，采用铰接式混凝土板防渗结构，板与板之间通过柔性连接件连接，能够适应土壤的冻胀变形，减少裂缝的产生。此外，还可采用膜袋混凝土防渗结构，利用膜袋的柔性包裹混凝土，提高防渗层的整体性和抗变形能力。

3.3.2 增设排水设施

在渠道基础和防渗层之间增设排水设施，如盲沟、排水板等，及时排除土壤中的水分，降低土壤含水量，减小冻胀力的产生。同时，在渠道两侧设置截水沟，拦截地表水，防止其渗入渠道基础，进一步减轻冻胀破坏。

结论

季节性冻土地区渠道防渗施工技术改进及耐久性提升是一项复杂的系统工程，需要综合考虑施工工艺、材料性能、结构设计以及维护管理等多个方面。通过优化施工工艺、改良防渗材料性能、创新结构设计以及采取有效的耐久性提升策略，能够有效提高渠道的防渗效果和耐久性，减少冻胀破坏和渗漏现象的发生，保障水资源的有效利用和渠道工程的安全运行。在今后的工程实践中，应不断总结经验，加强科学研究和技术创新，进一步完善季节性冻土地区渠道防渗施工技术和耐久性提升策略。

参考文献

[1]李锐,刘杰,赵文举.季节性冻土区渠道衬砌冻胀破坏机理及防治措施研究[J].水利水电技术,2023,54(08):132-140.

[2]王军,孙伟,陈强.新型复合防渗材料在季节性冻土区渠道中的应用研究[J].岩土工程学报,2022,44(06):1130-1136.