一、 概况

新疆生产建设兵团位于新疆维吾尔自治区境内，总人口258.47万人，土地总面积745.62万hm2。兵团所处地区属内陆干旱区域，年均降水量稀少，降水多分布在冬季非灌溉季节，雨水补给灌溉水极少，年蒸发量则相当于年降雨量的十到几十倍，属于完全灌溉农业区。兵团多年平均可利用的水资源总量为143.26亿m3，水利工程年供水能力为135.42亿m3，总灌溉面积1946.49万亩。多年来，兵团大力开展了农田水利工程建设，已建成较为完善的水利设施，基本形成了引、蓄、输、灌、排功能齐全的农业灌排水系统，建成水库125座，总库容32.73亿m3，拥有机电井12892眼，水闸114座，堤防建设2374.57公里；建成各级灌溉渠道10万余公里及配套的渠系建筑物，已防渗渠道2.77万公里，渠道防渗率（按长度计算）27.70%，其中：斗渠以上渠道总长度44282.75公里，已防渗25065.52公里，防渗率56.60%（干渠总长度8958.35公里，已防渗5755.27公里，防渗率64.24%；支、斗渠总长度35324.40公里，已防渗19310.25公里，防渗率54.67%）。近年来，为进一步提高兵团水资源利用效率和效益，兵团通过采取政策引导等措施千方百计争取资金，不断加大水利投资，大力发展节水灌溉，到2009年12月，兵团应用高新节水灌溉面积已超过1000万亩，有效地提高了田间用水效率，对灌溉用水效率总体水平起到了一定的拉升作用。在各类节水工程措施中，渠道防渗对提高农业灌溉用水效率作用至关重要，渠道防渗工程技术是为减少渠床土壤透水性或建立不易透水的防护层而采取的各种工程措施，防渗渠道护面材料有多种，混凝土护面材料因具有防渗效果好、抗冲、耐磨、糙率低、施工方便等优点，适用于所有的灌溉渠道，是应用最广泛的节水灌溉工程技术措施之一。然而，在北方季节冻土地区的混凝土防渗渠道由于渠基冻胀的原因破坏严重，使防渗渠道衬砌开裂漏水达不到防渗的目的，故防止渠道冻胀破坏是防渗渠道发挥防渗作用的前提、基础，必须正视混凝土渠道冻胀破坏问题。兵团在渠道防渗和渠道抗冻技术方面做了很多工作，取得了一定的成果，但兵团没有财政，渠道防渗投入还不足，自主投入还不能满足渠道防渗改造的需要，因此，及时总结渠系防渗抗冻胀技术经验，不断完善和推广渠系防冻胀工程技术，保证有限投资得到充分利用，建好管好用好渠系工程等基础设施，是提高灌溉用水有效利用率的关键环节和重要保障。

为了解兵团各级渠道防渗抗冻胀现状、防冻胀技术运用和渠道完好情况，总结渠道抗冻胀工作经验、分析防冻胀技术背景条件，收集、分析兵团典型渠道防冻胀技术资料和数据，并以此为基础筛选适用于寒冷地区主要渠道抗冻胀技术的应用形式，通过综合不同规模渠道抗冻胀技术相关要素，整理完成兵团渠系工程防渗抗冻胀技术要点，为兵团进一步推广提供基础数据，也为在全国相似气候区域推广应运提供参考依据，根据《节水灌溉综合技术模式及西北高寒地区渠道抗冻胀技术应用推广》项目子项目《兵团渠系工程抗冻胀技术应用研究及推广》项目实施方案提出的目标和进度安排，我们于2009年4月至5月期间，组织开展了兵团渠系防渗抗冻胀工程基础数据资料填报工作，据此基础资料，召开了专家咨询会，分析汇总了兵团典型地区骨干渠道抗冻胀技术形式，制定了针对兵团北疆地区防冻胀技术应用情况的典型调研实施方案，组成了由石河子大学教授参加的调研组，于2009年8、9、10月份分三次组织实施了对兵团农七、八、九、十师渠系防渗抗冻胀技术应用情况的典型调研工作。典型调研采取了现场考察、听汇报、看资料、座谈等形式，对典型地区代表性渠道设计、施工、运行管理等方面情况进行调查了解，各有关师水利局、设计院、水管处、团场相关技术人员参加了调研。综合防渗抗冻胀工程基础数据填报和典型调研成果，完成本专题调研报告。

二、 渠系工程基本情况

（一） 自然和社会经济概况

调研地区位于北疆的奎屯、石河子、塔城和阿勒泰地区，属典型的大陆性干旱气候，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，日照充足，热量丰富，昼夜温差大，降水量稀少、蒸发量大、空气干燥、日温差大。年平均气温3.6℃-7.0℃，一月份平均温度-16℃～-18.6℃，七月份平均温度25℃-26℃，极端最高温度40.3℃左右，极端最低温度-33.3℃～-49.0℃，无霜期119～191天,最短74天，年降雨量87～474.8mm，年蒸发量1710～1995.4mm，平均最大风速14m/s，瞬时最大风速25-40m/s，冻土深度1.2～1.64m。日照2318h～2732h。调研区无霜期短而变化大，热量不足，多灾害天气,主要有干旱、大风、干热风、冰雹、霜冻等,其中大风及冰雹在春夏两季发生较多，对农业生产影响较大,对水利工程建设、运行管理造成一定程度的威胁。调研地区总人口100万人，耕地总面积约840万亩，灌溉面积706.17万亩左右，节水灌溉面积300万亩左右，主要以种植小麦、棉花、油料作物为主。

（二） 渠系工程建设条件

1、 地质条件

调查区内新生代地层十分发育，自侏罗系到第四系广泛分布，无论砂岩、砂砾岩乃至泥岩，均系一整套完整的含水岩层，区内地貌有山前倾斜平原、冲洪积平原、沙漠区，灌溉水源主要是发源于天山等山区的额尔齐斯河、玛纳斯河、奎屯河、宁家河等河水和地下水，河道引水干渠位于河流的洪冲积平原、冲积扇中部、扇缘溢出带，渠基主要是河床冲积沙砾石，透水性较好，地基土质主要是低液限粉土和粉沙，地基土多具有含盐量较高，含水量较大的特点，根据室内土工实验结果和《水工建筑物抗冰冻设计规范》属于非冻胀土、季节性冻土类型。灌区地下水埋深较浅，一般在1.0～8.0m之间，主要含水层为分布广、厚度大的粉土及粉细沙层。

2、 施工条件

调研区内渠道工程级多为3、4、5级，工程规模大、中、小型三种，地下水排泄以蒸发和田间挖排渠为主要措施，排渠深度大多在2～3m之间。工程所需沙石料来源于河流沙石料场，地处河流中上游河床中，主要以冲积卵砾石为主，质地良好，储量丰富，在水利、环保等有关部门的管理下，合理开采。沙石料运距在40～120km。按照2009年价格计算，各级渠道每公里概算造价分别为：总干渠为99.4～384.8万元、干渠92～250万元、支渠16～53.9万元、斗渠8.5～14万元。

调查区有数家具有三级以上水利施工资质的水利施工企业，施工技术力量雄厚，各团场也有水利施工队伍，工种齐全，拥有各种大中型施工机械、设备，具备质检条件，完全满足渠道施工的要求。

（三） 渠系工程现状

1、 总干渠

区内总干渠总长347.4 km，断面形式多采用梯形断面和弧形渠底梯形边坡两种，防渗技术形式包括土料、浆砌石、混凝土塑膜双防渗、现浇混凝土和塑膜防渗等，土渠多修建于上世纪六、七十年代。防渗率平均51.6%，各地防渗率变幅33.3-50.2%，完好率23-90.8%不等，部分渠道由于水流含沙量大，洪水期泥石流入渠等原因，渠道衬砌磨损严重，再加上冻胀破坏等原因，部分渠道完好率较差，但采用将冻胀性土置换成非冻胀土，消除冻胀影响，并在渠道上设置退水建筑物后，渠道在入冬之前排空余水，不集水可减少渠道冻胀可能性，防渗渠道完好率可达90%。

2、 干渠

总长度1713.89 km，防渗率平均78.95%，各典型区变幅64.26-100%，完好率45.5-93.0%，断面形式为梯形或弧形底梯形断面。防渗方式是现浇混凝土板或预制混凝土板加防渗膜，防渗膜有一布一膜和纯塑料膜两种，渠基土为冻胀性土时则应增加戈壁垫层，可保证渠道正常运行。

3、 支渠

总长度2548.07 km，防渗率平均75.77%，各地变幅61-85.6%，完好率70-95%，断面形式多为梯形。防渗方式是现浇混凝土板或预制混凝土板加防渗膜，膜下铺25cm左右戈壁垫层，该类渠道采取将冻胀性土置换成非冻胀土的防冻胀措施，完好率显著提高。

4、 斗渠

总长度6787.52 km，防渗率平均为50.25%，各地变幅46-52.18%，断面形式多为梯形弧形U形，防渗方式为预制混凝土板防渗、混凝土塑膜双防渗，完好度95%。

5、 农渠

总长度10053.02 km ，8661.92，防渗长度1326.73 km，防渗率12.75-16%，平均13.2%，采取混凝土塑膜双防渗，完好度91%。

总体来说，总干渠、斗渠、农渠防渗率低，大多为土渠，渠道渗漏严重，输水速度慢，农业灌溉用水效率低，干渠、支渠虽然多为混凝土衬砌防渗渠道，但大部分为上世纪六七十年代修建的，由于河道泥砂含量大，洪水期泥石流入渠造成渠道磨蚀严重，加上冻胀造成渠道毁坏严重，普遍存在混凝土板破损现象，渠道冻胀断面变形严重，渠系建筑物破旧，涵桥大多为简易涵桥，个别还为木桥，渠道闸门闸墙变形严重，闸门启闭不灵活，闸门止水效果差，年年维修，完好率低，影响渠道输水能力，因此，推广先进可行的防渗抗冻胀技术势在必行。

三、 典型渠道防渗工程及抗冻涨技术措施

（一） 典型渠道防渗工程

1、 柳西干渠防渗工程

柳西干渠防渗工程全长8.2km，设计流量38 m 3/s，2002年修建。断面形式为弧形底梯形，底宽4m，渠深2.5m，边坡1:1.75。防渗结构为现浇混凝土板和塑料薄膜组合防渗，混凝土板厚8～12cm，下铺塑料薄膜，膜下铺20～40cm戈壁垫层，混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45。渠道造价按当时价格计算每公里210万元。渠道建成至今已7年，运行状况良好，未发生冻胀破坏，防渗效果明显，渠道水利用系数达到0.9。这种抗冻胀形式可运用于寒冷地区有充分施工时间的工程。

2、 黄调奎渠防渗工程

黄调奎渠防渗工程全长8.0km，设计流量20 m 3/s，2008年修建。断面形式为梯形，底宽3m，渠深3.0m，边坡1:1.75。防渗结构为正六边形预制混凝土板和塑料薄膜组合防渗，混凝土板厚8cm，下铺塑料薄膜，膜下铺50cm风积沙垫层，混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45。渠道造价每公里240万元。渠道建成至今运行状况良好，未发生冻胀破坏，防渗效果明显，渠道水利用系数达到0.92。这种抗冻胀形式可运用于寒冷地区要求施工时间短的工程。

3、 莫索湾总干渠防渗工程

莫索湾总干渠防渗工程全长20.6km，设计流量12～22 m 3/s，1991年开工，1993年完工。断面形式为弧形底梯形，圆弧半径6.0m，底宽5.2m，渠深2.19～2.23m，边坡1:1.75。当地最低气温－42.8℃，负温天数168～229天，最大冻土深1.6m。土质为壤土和粉沙土。地下水位1.5～3.0m，工程实践表明，如不进行抗冻涨技术处理，冻胀破坏相当严重。

莫索湾总干渠防渗结构为现浇混凝土板和塑料薄膜组合防渗。混凝土板厚渠底13cm，边坡6～13cm，下铺0.18mm聚乙烯塑料薄膜，膜下铺35～45cm风积沙垫层。混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45。渠道建成至今已16年，运行状况良好，未发生冻胀破坏，防渗效果明显，渠道水利用系数达到0.94。

4、 136团13连斗渠改建工程

136团13连斗渠工程全长10.0km，设计流量0.28 m 3/s，加大流量0.36 m 3/s，由土渠改建为混凝土衬砌渠道。渠道断面形式U形，渠底为半圆形，圆弧半径0.5m，渠深0.85m，边坡接近垂直。当地1月份平均气温－16.3℃，最大冻土深1.4m。土质为沙壤土。地下水位平均2.0m。

136团13连斗渠工程防渗结构为预制U形混凝土板和塑料薄膜组合防渗。混凝土板厚5cm，下铺0.3mm聚乙烯塑料薄膜，膜下不设垫层。混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45。渠道建成至今，运行状况良好，未发生冻胀破坏，防渗效果明显，渠道水利用系数达到0.91。

5、 乔干渠防渗工程

乔干渠防渗工程全长6.8km，设计流量2.0 m 3/s，断面形式为弧形底梯形，圆弧半径0.8～0.9m，弦长0.9～1.0m，渠深1.2m，边坡1:1.5。当地最低气温－42.7℃，最大冻土深1.25m。土质为低液限粉土及沙壤土。地下深大于15m，但由于渠道停水较晚渠基土冻结初期的含水量均大于0.9倍塑限含水量。根据渠道抗冻设计规范可判定为冻胀性土，应进行抗冻胀设计。

乔干渠防渗结构为现浇混凝土板和塑料薄膜组合防渗。混凝土板厚根据渠道流速确定。流速在3m/s以下采用8cm等厚板，流速3～4m/s时采用8～10cm变厚板（渠顶位置8cm，渠底位置10cm），流速4～5m/s时采用8～12cm变厚板。板下铺0.3mm聚乙烯塑料薄膜，膜下铺30cm砂砾石垫层。混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45。渠深小于1.2m时不设纵缝，只设横缝，缝间距2.5m，缝宽1.5cm，缝中用聚氨酯灌缝。渠道建成至今已2年，运行状况良好，未发生冻胀破坏。

6、 乌什水水库输水干渠工程

乌什水水库输水干渠工程全长14.5km，断面形式为弧形底梯形，圆弧半径0.6～1.6m，弦长0.6～1.6m，渠深1.6～2.85m，边坡1:1.75。当地最低气温－36.6℃，负最大冻土深1.25m。土质为低液限粉土及沙壤土。

乌什水水库输水干渠防渗结构为现浇混凝土板和塑料薄膜组合防渗。混凝土板厚根据渠道流速确定。流速在3m/s以下采用8cm等厚板，流速3～4m/s时采用8～10cm变厚板（渠顶位置8cm，渠底位置10cm），流速4～5m/s时采用8～12cm变厚板。板下铺0.3mm聚乙烯塑料薄膜，膜下铺30cm砂砾石垫层渠。混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45。渠道设4条纵缝，分别设在圆弧末端和边坡板中间。横缝间距3.5m，缝宽1.5cm，缝中用聚氨酯灌缝。渠道2002年改建，至今已近8年，运行状况良好，未发生冻胀破坏。

7、 北屯灌区总干渠防渗工程

北屯灌区总干渠防渗工程全长28.007km，工程分为3段：第一段0+000～13＋950结构设计为均质土渠，为旧渠改、扩建段，设计流量45 m 3/s，第二段13＋950～16＋580结构设计为塑料薄膜防渗土渠，设计流量25 m 3/s， 结构层共五层，由里到外，第一层为原状土渠床，第二层为沙垫层40mm，主要是为了防止塑膜遇坚硬物破损，第三层为0.3mm厚黑色聚氯乙稀膜，第四层为沙过渡层，厚40mm，第五层为土保护层。第三段16＋580～20＋007结构设计为塑料薄膜加现浇混凝土板组合防渗，设计流量13 m 3/s，此段渠道为新建。结构层共四层，由里到外，第一层为原状土渠床，第二层为沙垫层40mm，主要是为了防止塑膜遇坚硬物破损，第三层为0.3mm厚黑色聚氯乙稀膜，第四层现浇混凝土板，板厚80mm，混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，渠道设横向伸缩缝，间距3m，缝宽20mm，在边坡中间和边坡与渠底与渠底交界处设纵缝，缝宽20mm。

北屯灌区地处欧亚大陆腹地，冬季寒冷而漫长，一月份平均气温－18℃，工程建于2001年，总投资1257.18万元,断面形式为弧形底梯形。工程地点标准冻土深1.6m，地质条件为：渠道大部分渠段为砂砾石覆盖物，为非冻胀性土，部分渠段中有泥岩出露，泥岩属低液限粘质土，是冻胀性土。因此，应对不同土质的渠段采取不同的防渗和抗冻措施。该渠道冬季不运行。

（二） 典型渠道抗冻涨措施

根据典型地区渠道防渗抗冻工程设计、施工和管理的情况，其主要措施如下：

（1）在设计时尽量采用填方渠道，这样可使渠基充分排水，防止地下水产生的冻胀对渠基的影响。渠道的边坡不宜过陡，应考虑渠基自身的稳定和施工的要求。根据农七师、农九师典型渠道情况，边坡不宜陡于1:1.75或1:1.5。混凝土的强度、抗渗、抗冻和水灰比要满足要求，防渗结构采取混凝土板和防渗膜组合结构能有效的防渗和抗冲。渠道断面采用梯形、弧形底梯形断面，弧底在法向冻胀力的作用下内力主要为压应力，能充分发挥混凝土抗压强度大的特点，是比较合理的结构形式。

（2）混凝土板下的垫层起到反滤、排水、保温和缓冲作用，条件许可时采用戈壁垫层，如果戈壁运距远，造价高时也可采用风积沙作为垫层材料，这种做法在黄调奎渠中取得了较好的效果。风积沙分布很广，属于非冻胀土，根据农八师的实验资料，当风积沙垫层厚度为30～85cm时，渠道基土最大冻胀量均小于7mm。因此，换填一定深度的风积沙能够有效的防止渠道的冻胀破坏，并可降低造价，莫索湾总干渠防渗运用效果明显。

另外，根据规范推荐的公式计算出的垫层厚度较大，造价较高，可当地天然碎石材料丰富，所以可采用30cm碎石作为垫层，如农九师根据当地运行良好的已建渠道的经验，取30cm厚度，也满足了抗冻要求，所以，在确定垫层厚度时应综合分析论证，以达到经济和安全的目的。

（3）施工时要保证施工质量，填方渠道土方质量是防渗工程的基础，也是防冻害的主要环节之一，渠基土要充分压实并泡水，垫层要铺均匀，混凝土要震捣密实，填缝材料要饱满。

（4）在运行管理上冬季上冻前应将渠道中的水排干，冬季保持渠道干燥，这样可以减少冻胀对渠道的损害。

（5）在渠旁两侧设8～10m林带，可起生物排水作用，对降低地下水位、防治渠道冻害十分有利。

（6）当渠道沿线大部分为非冻胀性土渠基时，根据分析计算，并参考已建工程的经验，采用梯形断面渠道（如北屯灌区总干渠），不设戈壁垫层，这样既降低了造价，工程运行后也不发生冻胀破坏。

（7）由于渠道较长，地质情况会发生很大变化，渠道的防渗抗冻措施也应根据地质条件的变化而改变。对于非冻胀土地基，可简化抗冻措施以降低造价，在坡度较缓流速较低的渠段甚至可以不用混凝土板衬砌。

（8）暗管排水消除冻胀破坏。在地下水位较高的渠段，遇到渠道边坡和渠底大量渗水的情况，导致铺设塑膜后，渗水因塑膜阻碍而无导渗出路，这时塑膜和混凝土板将受到较大的渗透压力，导致边板和底板被顶起，成为废板。这样不仅使工期延误，也无法保证施工质量。针对此问题解决的方法是：先在该渠段的渠侧底部铺设一条顶部稍高于底板的沙砾石排水棱体，将各渗水点连通起来，再沿渠道每隔一定距离在排水棱体中水平插入一根长约1m，钻有梅花孔的排水钢管，将渗水引入渠道，然后再铺设塑模、浇筑混凝土板。通过这种措施，渗水通过沙砾石棱体集中从排水管中流出，快速的降低了地下水位，减少了地下水产生的扬压力。这种方法不仅解决了现浇混凝土板的施工问题，在渠道运行过程中，秋季停水后也可将渠堤中的地下水引入渠内，使渠堤保持干燥，减轻地下水对渠道的冻胀破坏。这种情况适用于挖方渠道，且地下水位较高的渠段。

（9）间隔梁的应用。冻胀破坏是灌区渠道的主要病害，如果渠道局部发生了冻胀破坏，没有及时修复，在水流的冲击下破坏范围将迅速扩大，渠道流速越大这种现象越明显。农十师建管局在总结以往经验的基础上提出了根据渠道纵坡不同，每隔10m或20m设置一条间隔梁，把渠道人为地分割成多个小单元，增加了渠道的抗冲性能，从而起到了控制渠道破坏蔓延的作用。这种方法既可应用于现浇混凝土衬砌渠道，也可应用于预制混凝土衬砌渠道。间隔梁的应用，大大降低了混凝土渠道的冻胀维修成本。

四、 渠道冻胀破坏的影响因素分析

根据国内外相关资料和调研情况分析，混凝土渠道的冻胀破坏与它所处的环境密切相关，造成混凝土渠道冻胀破坏的环境因素有大气负温，渠床土的性质，地下水埋深和渠道的运行方式等。

1、 大气负温

大气负温是造成混凝土渠道冻胀破坏的最基本的环境因素，一方面大气负温使渠床土中的液态水变成了固态水，体积增长了9%，另一方面大气负温又是土体中的液态水和汽态水向冻结锋面迁移的动力，在此动力的作用下，正温区土体中的水分不断地向冻结锋面迁移，在那里积累冻结，形成冰夹层和冰凸镜体。随着时间推移和气温的进一步降低，冻结锋面也不断地向正温区推进，于是在冻结土层中就增加了大量的冰夹层和凸镜体，使冻结土体的体积膨胀率增加许多。一般说，大气负温越低，维持的时间越长，混凝土渠道的冻胀破坏就越严重。

2、 渠床土质

混凝土渠道会不会产生冻胀破坏，冻胀破坏的程度如何？这和渠床土的性质密切相关。如果渠床土是非冻胀性的，混凝土衬砌板就不会被冻坏；如果渠床土是冻胀性的，混凝土衬砌板就可能遭受冻胀破坏。由于土是由固相（矿物颗粒），液相（水）和气相三部分组成，其中的液相（水）当温度降至0℃以下时由液相变为固相，体积增大9%，使土体发生膨胀，因此土的冻胀性就与土的持水性密切相关。粘性土、壤土，因其颗粒细而持水性能好，毛细管的作用强，属冻胀性土。砂砾土、戈壁土，颗粒粗，持水性能很差，进入这种土层中的水分很快渗入深层，毛细管的作用非常弱，故这类土属于非冻胀性土。

3、 地下水埋深

混凝土渠道的冻胀破坏除了大气负温和冻胀性渠床土这外，和地下水埋深条件也有很大关系。渠床土在冻结过程中，如果地下水位较高，地下水将通过毛细管向冻结锋面大量迁移，产生强烈的冻胀，使护砌板遭受严重的冻胀破坏。如果地下水位很低，不能通过毛细管向冻胀锋面迁移，只有极少量的液态水转变为汽态水向冻结锋面迁移，但因其速度慢，迁移量很有限，只能产生冻胀量很小的弱冻胀。综合以上两种情况，凡在土体冻结过程中有冻土层以外向冻结层补给水分的系统称开放系统，若冻结土层以外没有水分补给的系统称封闭系统。开放系统的冻胀量大，封闭系统的冻胀量小。

4、 渠道运行方式

混凝土渠道的冻胀破坏与渠道的运行方式有很大关系。寒区渠道有一年四季都输水的和春夏秋季输水冬季不输水的两种运行方式，如引水式水库和引水式电站的引水渠都常年向水库和电站输水，而灌区内用于田间灌溉的渠道则冬季不输水。冬季输水的渠道，渠床土冻结仅发生在冬季渠道水位线以上，而冬季不输水的渠道则是全断面冻结，二者差异甚大，各有不同的冻胀破坏特征。

五、 渠道防渗抗冻胀技术要点

综合相关资料、调研成果和冻胀破坏影响因素分析，及时对兵团混凝土渠道所采用的抗冻胀技术措施进行总结，为进一步开展渠道防渗抗冻工作提供参考，并为在全国相似气候区域推广应用提供参考依据。以下分别从渠道的设计、施工和管理等方面进行总结。

（一） 设计

根据渠道冻胀的机理分析可知，低温、地下水位和渠基土质是影响渠道冻胀的三要素。新疆地处欧亚大陆腹地，冬季气温低，持续时间长，这个因素一般无法改变，只能从其它两个因素着手，寻求减少冻胀的途径，并通过合理的断面设计来抵抗冻胀破坏。目前兵团已经采用，且证明有效的做法可以总结如下：

（1）在渠道规划和选线时尽量采用填方渠道，这样可使渠基充分排水，防止地下水对渠基冻胀的影响，根据调研和实际查看的结果，填方渠道发生冻胀破坏的现象很少。由于渠道线路很长，沿线的地质条件会有很大的变化，应充分做好沿线的地质勘察工作，根据不同的地质情况，采取相应的抗冻措施。

（2）干渠和支渠等流量较大的渠道横断面宜采用弧底梯形断面，即渠底为圆弧段，边坡为1:1.75左右的斜坡段。由于弧底在法向冻胀力的作用下内力主要为压应力，能充分发挥混凝土抗压强度大的特点。这样的断面对向上的冻胀力有较强的抵抗力，可避免平底板中间断裂的现象，是比较合理的结构形式。斗渠和农渠可采用梯形和U形断面。

（3）防渗结构采取混凝土板和防渗膜组合结构能有效的防渗和抗冲，混凝土板厚根据渠道大小确定，防渗膜可以用素膜或附布的复合膜，厚度0.3mm左右。

（4）渠道的边坡不宜过陡，应考虑渠基自身的稳定和施工的要求，边坡过陡一是边坡不稳定，在春季渠基土融化时渠坡容易滑坡；二是在施工时质量不好保证，比如垫层的铺设比较困难，上部的砂石料容易下滑，造成上薄下厚的情况，根据调查情况一般不要陡于1:1.75，特殊情况也不要陡于1:1.5。

（5）混凝土的强度、抗渗、抗冻和水灰比要满足要求。虽然靠提高混凝土的强度来抵抗冻胀破坏是不经济的，但春季化雪时会出现白天化晚上冻的情况，混凝土板将受到多次冻融循环的作用，如果混凝土的耐久性不够，混凝土板将很快破坏，使渠道的抗冻性和抗冲性能降低。因此，对混凝土的强度应作一定的要求，根据调研来看，采用混凝土强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级W6，水灰比不大于0.45是合适的。

（6）混凝土板下的垫层起到反滤、排水、保温和缓冲作用，条件许可时采用戈壁垫层，根据调研的情况厚度一般为30cm～40cm。按照渠道抗冻设计规范计算出的换填厚度往往很大，不经济也没有必要，应结合当地的实际情况合理的确定戈壁垫层的厚度，如果戈壁运距远，造价高时也可采用风积沙作为垫层材料。风积沙在新疆分布很广，属于非冻胀土，风积沙垫层厚度为30～85cm时，渠道基土最大冻胀量均小于7mm，因此，换填一定深度的风积沙能够有效的防止渠道的冻胀破坏，并可降低造价。

（7）在渠旁两侧布置林带，可起生物排水作用，对降低地下水位、防治渠道冻害十分有利。

（二） 渠道施工

（1）要保证施工质量，渠基土要充分压实，垫层要铺均匀，塑料薄膜的接缝要牢固可靠，混凝土要震捣密实，填缝材料要饱满。

（2）地下水位较高的挖方渠段，可采用铺设排水管的方式进行排水。

（3）流速较大的渠道可根据渠道纵坡不同，每隔10m或20m设置一条间隔梁（隔墙），增加渠道的抗冲性能，把渠道分割成多个小单元，把渠道的破坏控制在两道隔墙之间，从而起到了控制渠道破坏蔓延的作用，这种方法即可应用于现浇混凝土衬砌渠道也可应用于预制混凝土衬砌渠道。间隔梁的应用，可大大降低混凝土渠道的冻胀维修成本。

（三） 运行管理

（1）完善渠道运行管理制度，做好渠道日常养护、安全检查和维修工作，及时清除渠道中杂草、蚁穴、鼠洞等阻碍物，建立经常检查、定期检查和特别检查的检查制度，按照经常养护、随时维修、养重于修、修重于抢的原则，使渠道得到及时维修，保证使用。

（2）冬季不运行的渠道，上冻前应将渠道中的水排干，冬季保持渠道干燥，这样可以减少冻胀对渠道的损害，对产生冻胀破坏的渠段要及时维修，以免破坏现象蔓延。

（3）对于冬季运行的水库引水渠和电站引水渠，由于水下部分渠基不冻结而水面以上的渠基冻结，一般会造成水面附近混凝土板的裂缝，这种裂缝不完全是由于渠基冻胀造成的，也有可能是由于冰盖压力造成的，要解决这个问题有2个途径，一个是冬季使渠道尽量满渠运行，使渠道形成冰盖，冰盖以下渠道不冻结，但这种方法可能难以控制；另一种方法是使渠道满渠运行并设法使渠道中不结冰，这样也可防止渠道冻胀，如采用沿渠线打井抽取水温较高的地下水注入渠道提高水温的方法使渠道的水温高于0℃，从而防止了渠道冻胀，也解决了冰凌影响引水发电的难题。该方法适用于地下水丰富地区，并且要耗费一定的电能。

六、 进一步研究解决的问题

（1）由于渠道冻胀破坏的机理很复杂，影响因素多，目前有些问题还没有真正的解决。经验总结仅仅是在调研资料的基础上汇总出来的，可能会有不准确和不完善之处，有待今后进一步的收集更广泛的资料进行补充。

（2）有些问题虽然实践中已经取得了成功，但由于缺少理论分析，和实测数据的支持，也没有得出通用的计算公式，很难推广到其它地区使用。比如戈壁垫层到底取多厚合适，各地基本是根据经验确定，没有合适的计算方法，又如利用当地的风积沙作为垫层材料也有成功的例子，但风积沙作为垫层材料的抗冻机理还不是十分明确，厚度取多少合适也没有确定的数值，各地所取的厚度相差很大，有待于今后进一步研究解决。