渠系改造：准确确定渠道基土冻胀量

按照《渠系建筑物抗冻胀设计规范》，冻胀量可按两种方法确定：第一种方法是根据各地长期试验资料确定；第二种方法则按照对全国冻胀实测数据的收集进行统计并绘制外包线，得到可能最大的冻胀量值。

（一）经验关系方法

根据甘肃、辽宁、新疆等省区冻胀试验场多年试验资料，可以把冻胀经验关系分为两类：地下水浅埋和地下水深埋。

（1）地下水深埋与浅埋的划分标准。根据试验，地下水对冻结层无显著影响的临界深度Z0可按表5-8确定。

表5-8　Z0　值　表

设冻结期内地下水位与冻结层下限的平均距离为Zp，则地下水深埋及浅埋的划分标准如下：

地下水浅埋　Zp≤Z0

地下水深埋　Zp＞Z0+0.5

地下水深埋到浅埋的过渡情况　Z0＜Zp≤Z0+0.5

地下水位的取值方法：规范规定取冻结期前、日平均温度稳定通过0℃的前后5d平均地下水位。对于有侧向补给源的情况，应按补给源延伸到工程部位处的水位取值。冬季过水渠道，应取渠道水位为地下水位。

当地下水属于地下水深埋到浅埋的过渡情况时，应按两种情况计算冻胀量，取其中的大者为设计冻胀量。

（2）地下水浅埋时的经验公式。冻胀强度与地下水埋深成负相关关系，相关曲线形式有负指数及双曲线两种。为了对各地成果进行综合，把各种形式的经验公式都归一为负指数形式。公式如下：

式中：f为冻胀强度；Z为地下水在冻结期内平均埋深，m；α及β为试验系数，根据各地资料分析得到的数值见表5-9。

在对数坐标纸上可把各地的f-Z曲线画成直线，并在相同条件下，取其高值，见图5-8。

表5-9　α、β值试验成果

根据这些资料，《渠系工程抗冻胀设计规范》对α、β值采用如表5-10。

表5-10　《渠系工程抗冻胀设计规范》中α、β值

（3）地下水深埋时的关系曲线。地下水深埋时，冻胀强度（或冻胀率）与土壤含水量成线性关系：

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式中：W为冻深范围内土层在冻前（日平均气温稳定通过0℃前或后5d内）平均含水量；Wp为土的塑限。α2、β2的试验资料见表5-11。

《渠系工程抗冻胀设计规范》规定：当土中粘粒自10%变化到30%时，α2取0.4～0.5，β2取0.7～0.9，粉粒含量高的土取小值。

表5-11　α2、β2值试验成果

（二）统计资料外包线方法

黑龙江省水科所根据全国各地实测资料，共取得671个粘性土的冻胀量数据及133个砂性土的冻胀量数据，勾绘了冻胀量与冻结指数或工程地点冻深关系散点图的最大包络线，并用正态概率分布曲线形式来拟合该包络线，得出：

（1）高、中液限的粘质土和粉质土。

（2）砂类土。

式中：h为冻胀量，cm；αp、αρ为荷载及密度修正系数；Hd为工程设计冻深，cm；I0为工程地点冻结指数多年平均值；Z为地下水埋深，m。

（3）密度修正系数αρ。根据黑龙江省水科所的试验资料，当饱和度为定值时，土冻胀量随密度增加而减少。

对于封闭系统

对于开放系统

式中：ρd为土体干密度，g/cm3。

（4）荷载修正系数αp。根据黑龙江省试验资料，荷载对冻胀的抑制作用呈负指数关系：

式中：P为荷载强度，kPa。

应用统计方法时，应注意在地下水位较低时，式（5-43）可能出现负值，此时应取冻胀量为零。

对于以上两种方法，在《渠系工程抗冻胀设计规范》中规定均可以采用。建议按照两种方法计算后，取大值以策安全。