双塔灌区位于我国丝绸之路上的疏勒河流域中游，隶属甘肃省酒泉市瓜州县行政辖区，地处东经94°49′～96°19′、北纬40°25′？40°36′，灌区多年平均温度8.8℃，最高温度42.3℃，最低温度-29.3℃，平均冻土深度116cm。灌区属于疏勒河冲击平原，灌区土壤多数是沙壤土，地势低洼区属于含碱较高的碱土，总灌溉面积46.43万亩。

 

　　二、双塔灌区灌溉渠道的特点和问题

 

　　双塔灌区灌溉用水由双塔水库取水，通过总干渠和干渠及以下各级渠道输水灌溉。总干渠沿着山前洪积扇边沿与平原区交接处布置，运行多年基本没有变形破坏；老灌区的骨干输水工程和农田灌溉工程也经久耐用，变形破坏概率较小；新垦农田灌溉区和农田高渠道低的渠段，各级渠道破坏概率非常高，3～5年一个周期。更有甚者，预制砼衬砌的改建渠道，砂砾石垫层平均厚度阴坡和渠底50cm，阳坡35cm，局部渠段在一个冬灌期后的第二年春季就严重破坏，渠道边坡1：1.25的预制砼板变成了直立砼板。

 

　　三、发生问题的原因分析

 

　　渠道高频率破坏问题，通过多方面调查、研究分析查明了破坏的原因，沿山前洪积扇与平原区交接的总干渠，渠道下部全部是砂砾石层，透水性良好，渠道渗水全部排走，该区地下水埋深在5米一下，渠道在冬季处于完全干燥状态，所以不形成破坏；老灌区的骨干渠道，大多渠底高程高于农田地面高程（渠高地低），渠道的渗水向下、向外流，渠坡、渠底垫层内基本不存在水，也不形成破坏；农田高水渠低的渠段，渠道渗水和农田冬灌回归水渗流到渠道垫层内，在寒冷的冬季结冰，渠道砼预制板在冰涨压力作用下，导致砼渠板破坏。新垦农田和低洼地土壤含碱量较高，遇水液化，土体含冰体积大，变形体的体积也打，冬季在冰涨压力作用下渠堤土体膨胀变形、垫层膨胀变形，导致砼渠板直立变形。

 

　　另外，双塔灌区每条渠道灌溉控制面积达，预制块衬砌渠道糟率大，输水能力差，渗漏大，冬灌持续到冬季结冰为止，渗漏在砂砾垫层内的水形成冰块，也是渠道破坏的重要原因。

 

　　四、渠道冻涨破坏的对策

 

　　双塔灌区渠道破坏的主要原因是寒冷的气温和水，两个因素叠加在一起，使水结成冰，对渠道砼板造成破坏。气温越低，冰的膨胀力越大，造成的破坏越大。气温是大自然因素，人力无法改变；垫层内含水，有相当数量的渠道是无法排走的。显然，渠道的垫层材料有缺陷，使用不合理，需要有一种材料其它性能不变，同时具备使水不变成冰的有保温作用的材料来替代。由此，我们找到了各性能指标都基本符合要求的聚苯板。聚苯板作为渠道传统垫层的替代材料，在我国气候寒冷的东北、西北已在使用，只是在保温、浮力等方面技术成果性数据没有成果，而没有被推广使用。根据已使用工程的使用结果调查、分析、对比、研究，得到以下结论：

 

　　1、使用聚苯板的工程属于支渠工程，渠道断面较小，水压力较小，经过核算单位面积压力，聚苯板的力学指标能满足双塔灌区渠道支渠及以下级别的渠道的力学指标要求；2、双塔灌区的灌溉渠道工程，各渠道开挖断面下均没有地下水出露现象，因此，不存在浮力的问题；3、选择适当厚度的聚苯板，能满足渠道保温的要求。4、选择聚苯板做替代垫层，减小了开挖断面，加快了垫层的施工速度，渠道渠堤被蚕食缩窄而无法开挖的难题也顺利解决。

 

　　五、聚苯板保温垫层渠道的断面几何尺寸和聚苯板的材料性能

 

　　1、2012年双塔灌区在前述问题突出、集中的两段渠道上作了聚苯板替代砂砾垫层的施工，两段渠道均是梯形渠道，一段渠长度1.78km，渠深1.22m，渠底宽0.8米，内坡比1：1.25，渠口宽3.85m；另一段渠长度2.5km，渠深1.90m，渠底宽0.8米，内坡比1：1.25，渠口宽5.55m。

 

　　2、聚苯保温板材料性能聚苯板是以聚苯乙烯树脂辅以聚合物在加热混合的同时，注入催化剂，而后挤塑押出连续性闭孔发泡的硬质新型环保节能型泡沫塑料板，内部是独立的密闭形气泡结构，是一种具有高抗压、吸水率低、防潮、不透气、质轻、耐腐蚀、抗老化、环保、导热系数低、抗压强度高、抗冲击能力强等优点性能的保温材料，目前建筑业常规使用、良好的隔热、保温材料。因为该材料良好的性能，为更多的行业使用，水利工程渠道保温垫层、机场跑道、高速公路等工程作为防潮保温层使用。聚苯板主要的力学指标如下表1、表2：

 

　　双塔灌区渠道上使用的聚苯板保温垫层材料，通过计算、论证，20kg/m的聚苯板的各项力学技术指标能满足双塔灌区渠道工程的力学指标要求。阴坡和渠底采用12cm厚，阳坡采用10cm厚的聚苯板，能满足渠道保温的要求。

 

　　3、温度检测断面检测情况双塔灌区两段聚苯板保温垫层是作为一个试验段施工的，为此，设置了温度、湿度检测断面，目的是在检测断面得出数据成果，决定后续垫层材料采用的厚度。检测断面在聚苯板下和深50cm处每隔50cm设置了温度、湿度检测设备，由于聚苯板导热系数很小，大自然的气候阴、晴、雪对其影响很小，选择平均温度和零下最低温检测，温度均在5～10C°之间，因为检测时间短，目前还没有总结出自然温度与聚苯板下温度和自燃温度在聚苯板体向聚苯板下传递的规律。

 

　　六、聚苯板替代砂砾垫层优缺点

 

　　1、优点①保温性能好：聚苯板的良好的保温性能（导热系数0.028/m.k），是常规的砂砾石垫层没有的。工程上使用，有效防止了冻涨破坏。与砂砾垫层比较减小了垫层厚度，也就减小了渠道的土方开挖量和垫层的回填量。②质轻：通常聚苯板的重量是15～30kg/m，与砂砾比较大约是砂砾垫层1%的重量，大大减少了运输吨位，很大程度上加快了垫层的施工速度。③整体性好：易搬运，易切割，易成型，能良好的满足工程上各种几何尺寸条件的需求。

 

　　2、缺点①几何尺寸变形小：相应要求的渠道土方断面精度高。②封闭性良好：浮力大，水下工程慎重使用。

 

　　七、结语

 

　　聚苯板作为渠道砂砾垫层的替代材料，在双塔灌区渠道上使用后，通过冬灌、春灌及冬季耐冻性观察，渠道预制砼板面没有变形，砂浆缝也没有裂缝现象，外观良好。聚苯板作为优良的保温垫层材料，对于今后基础不能座落在冻层以下的灌溉渠系建筑物，是一种良好的替代材料，有广泛的使用前景。

 

　　参考文献

 

　　[1]《外墙保温用聚苯板的性能指标》齐齐哈尔市建筑科学研究所

 

　　[2]《挤塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墙保温系统》国标征求意见稿

 

　　[3]《石墨聚苯板》国标征求意见稿