1概述
通过分析研究，渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致。渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式、改变渠基土体的基本结构、使用新型建筑材料等方法来实现。对渠道防冻胀处理方式的选择，关系到渠道的造价和施工的难易，应在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验，进一步完善新型材料的防冻理论和总结实际运用经验，为新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。
2 渠道冻胀机理
渠道冻胀破坏是由于渠基土受冻体积膨胀顶托衬砌而形成，渠基土受冻体积膨胀必须具备以下条件：
⑴ 寒冷气候区持续的负温条件；
⑵ 土壤中自由水和ë细水的存在，并且有通畅的水分补给通道；
⑶ 土壤本身的物理力学性质，包括土的颗粒组成，矿物质成份等。
在以上三个条件中，土壤中自由水和ë细水的存在是冻胀发生的先决条件，也是必备条件。在整个胀破坏过程中，水是最活跃的因素。如果地下水埋深浅，土壤颗粒细，土体中自由水和ë细水的补给十分充足。一旦气温下降至零度以下，土体中的自由水和ë细水的体积受冻膨胀，引起土体膨胀，顶托衬砌，破坏渠道。冻胀破坏不但发生在挖方渠道中，在半挖半填渠道中也普遍存在。由此可以看出，ë细水的冻胀性也不容忽视。
综上所述，冻胀破坏是寒冷地区渠道建设中的一大难题，由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致。
3 渠道防冻胀处理形式及比较
3.1 渠道防冻胀处理形式渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式来实现，即用“U”形或矩形断面来代替梯形断面。但这种处理形式只适用于小渠道，流量小于 1m3/ s 的渠道。对于大渠道来说，若采用这种处理方式，难免会造成造价增加和施工难度的加大。
从上述导致土体冻胀的的三个基本因素中，只有三个因素同时具备，才发生冻胀破坏。只要消除其中一个因素，就能防止和减轻冻胀 Σ 害。从一般的气候条件来看，外部温度不达负温是不可能的，因此只有采取保温措施达到内部不负温。切断冻土地基在冻结前、后的水分补给是防冻胀处理常用的方法，此外改变渠基土体的基本结构也是保证土体非冻胀性的一种方法。
要切断冻土地基在冻结前后的水分补给，通常是采用高填或排水措施来减少水分的补给。但是由于土体颗粒及物理力学性质的决定，ë细水的作用不可忽视。ë细水往往上升至地下水面以上 2～3m 的平面上，同样会对渠基产生冻胀破坏。因此对于细颗粒土体，要完全切断水分的补给是不现实的，ë细水的冻胀破坏不容忽视。
改变基土的基本结构的办法是进行渠基土的换填，就是用大颗粒的土体填入渠基，将原来的细颗粒土体挖走。这种换填工程量较大，换填厚度一般要大于等于冻土深度。如果在冻土深度小的地区使用尚可，若在冻土深度较大的地区使用，往往工程量是很大的。从目前情况看，任何工程要根本回避和解决冻胀三因素之一，在考虑经济条件和节省投资的情况下，都是非常困难和把握不住的。因此在实际工作中，往往将几种工程措施结合起来使用。即以回避一种因素为主，辅之以回避另一种因素的综合措施进行防冻胀处理。如在两侧开挖排水沟降低水分补给的同时，对基土进行一定厚度的换填。用砂或戈壁层加塑膜进行保温，以减少冻胀破坏。
近年来，随着新型建筑材料的问世，苯板越来越多地应用于渠道的防冻胀处理。苯板防冻胀的主要机理是它具有保温的功效，保证了渠基土不受负温的影响，同上述砂或戈壁层加塑膜保温的原理是一样的。根据现有对苯板的防冻试验资料，10cm 厚的苯板可起到 100cm 厚砂或戈壁层的保温效果。远大于或相当于 5～10cm 厚戈壁、砂、塑膜的保温效果。
3.2 渠道防冻胀处理形式比较在高地下水 λ 区，即使采取了断绝土壤中水分补给的措施，仍难以保证阻止ë细水的上升，因此还必须采取其它防冻胀处理形式。
对渠基土进行换填是一种防冻胀的处理形式，它即改变了渠基土的结构，又具有一定的保温作用。它的优点是：①当渠道附近有大量换填材料时，造价可能便宜；②由于对渠基进行了彻底换填，当质量达到要求时，可保证渠道永久不受冻胀 Σ 害。同时也具有以下缺点：①由于换填厚度大，土方工程量较大，当换填材料运距较远时，造价较高；②施工难度大，清除了渠基原土，换填后的砂、戈壁料难以进行夯实，要达到施工规范要求，难度较大；③换填料的质量难以把握，要求回填含土量小于 5% 的料。采用天然材料，很难寻找料源。若采用人工加工料，则不经济。
若不采用基土回填，只铺设苯板保温，防止渠基土冻胀也是近年来渐渐采用的一种防冻胀处理形式。它只有保温作用，不对基土进行回填。具有以下优点：①抗冻效果好，采用 10cm 的苯板即达到了换填 100cm 砂或戈壁料的保温效果；②施工方便，渠道开挖断面小。不对基土进行扰动，直接将苯板置于基土上，在苯板上直接进行衬砌材料的施工；③在一定条件下造价便宜，使用的施工机械少，人工省。采用苯板，不进行基土换填，避免了大量土石方机械的使用。当基土换填材料运距大于一定距离时，其造价低的优势立即显现。苯板防冻胀材料的缺点是：在一定条件下，同换填相比，造价较高。当基土换填材料运距小于一定距离时，苯板造价明显高于换填处理。
4 渠道防冻胀成功案例
新疆引额济乌工程（包括顶山隧洞、大洼槽倒虹吸、戈壁明渠、沙漠明渠、平原明渠、“500”水库等）是由国家、自治区共同投资兴建的长距离、跨流域的大型调水工程，沙漠明渠和平原明渠是其主要的组成部分，沙漠明渠全长 166.50km，设计流量 47.50～55 m3/s。渠道为梯形，底宽 6m，渠口宽 25.0m，渠深为 3.80m。渠道内边坡为 1:2.50，渠底纵坡 1 /6000～1/7000，渠道衬砌采用边长 25cm 正六边形砼预制板，板厚 7cm（渠底）、6cm(边坡)。根据各渠段地基土的情况，渠道防冻胀采用了不同的形式。沙漠明渠长 149km，渠基土为粉细沙，颗粒细，保水性好，属冻胀土。采用基土换填的处理方式，即在渠基换填厚度为 40cm 的戈壁砂砾料处理后，经过几年的运行，δ 发生冻胀破坏。平原明渠根据需要，底板下部布设了 6cm 厚的苯板，有的地方在边坡上布设了苯板。渠道完工后，发现部分渠段出现了断板和冻胀现象。分析原因，基本上可以得出如下结论：断板原因为换填基土密实度 δ 达设计要求，再加之施工单 λ 偷工减料板厚 δ 达设计厚度所致；冻胀原因为换填基土 δ 达设计要求的级配，内含细颗粒较多而造成。因此渠道防冻胀形式若采用换填的处理方式，则换填土的本身质量及施工质量对渠道能否正常运行关系较大。在施工过程中，应严格控制，但受施工条件的限制，这些要求达到的难度较大。平原明渠采用苯板防冻胀，施工方便，防冻胀效果较好。
5 结语
对渠道防冻胀处理方式的选择，关系到渠道的造价和施工的难易，必须慎重。苯板作为一种新型的渠道防冻胀处理方式，具有其独特的优点。现阶段南水北调中线工程对苯板的运用还刚开始，一切还处于试验摸索阶段。虽然已有成功的运用例子，但需在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验，进一步完善苯板的防冻理论和实际运用经验，为这一新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。
