渠系改造：防冻胀设计方法

我国水利部门，通过渠道防治冻胀的长期试验研究和工程实践，认为渠道衬砌结构的冻胀不能采用一般结构物强度校核的设计方法，而应进行变形校核，使衬砌变形能控制在允许冻胀量的范围内。衬砌结构是薄层结构，而冻胀量又具有不均匀分布的特点，在渠道衬砌因与基土冻结而使冻土受到约束时，基土可以对衬砌结构产生很大的冻胀力而使之破坏。另一方面，试验和工程实践都证明，只要衬砌结构有少量变形，这种力就得到释放，不再会破坏衬砌结构。因此，应在保证渠道安全运行的前提下，允许产生有限度的冻胀变位。

观测表明，在较低冻胀性的条件下，衬砌的冻胀变位在消融期可以部分或全部回复至原位，只要残余变形限制在很小数值内，可以保证冻胀变位不会逐年累积，则不会使衬砌结构发生破坏。根据有关省区的观测，只要最大冻胀变位不超过一定数值，残余变形可以限制在很小值内（＜5mm），资料结果列于表5-18。

表5-18中，在相同的总冻胀量下，阳坡的残余冻胀值要大于阴坡。这可能是由于阳坡在日间发生融化，晚上又发生冻结，在频繁的冻融交替下，基土结构发生重组，变形就不易恢复。所以为限制残余冻胀变形值，对于总冻胀量的限制，在阴阳坡可以采取不同值。根据表5-18可认为，总冻胀量在阳坡发生2cm，阴坡发生3cm，不至于造成变形积累。根据上述思路，《渠系工程抗冻胀设计规范》在汇集了各省市的资料后，提出了允许冻胀量，见表5-19。

表5-18　不同冻胀量下残余变形平均值及大于5mm的观测频率

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注　1.冻胀变形单位为mm；2.P为残余变形＞5mm的观测频率，当观测项数小于10时，不作统计。

表5-19　渠道衬砌最大允许冻胀位移量

变位校核时，计算渠道横断面上最大冻胀量并校核是否小于允许冻胀量，如是，则按照一般渠道衬砌结构设计即可，可不必采取专门的防冻胀措施；如否，则应采取专门的防冻胀措施。防冻胀措施的设计采用定性方法，即根据计算最大冻胀量与允许冻胀量的比值，或根据冻胀性工程分类，按照表5-20选择防冻胀措施。