寒區渡槽凍害防治措施

徐長華 ，滿守耀

(1.樺南縣水利勘測設計隊，黑龍江樺南 154400;2.樺南縣水務局基層站，黑龍江樺南 154400)

寒區渡槽凍害防治措施

徐長華1，滿守耀2

(1.樺南縣水利勘測設計隊，黑龍江樺南 154400;2.樺南縣水務局基層站，黑龍江樺南 154400)

在我國北方寒冷省區，水工建筑物的基礎極易遭受凍害。特別是建在河道上的渡槽工程常因凍害的破壞而喪失其使用功能。經凍害破壞的渡槽不易維修，它的損壞將影響下游大面積水田的灌溉用水，造成的經濟損失是巨大的。所以了解渡槽凍害破壞特征，并在渡槽基礎施工過程中采取切實可行的凍害防治措施，確保渡槽的安全運行就顯得尤為重要。這樣才能有效地保證水稻等農作物的經濟效益。

渡槽;負溫氣候;基礎凍害;特征;防治措施

樺南縣位于黑龍江省東部，年氣溫低，凍結歷時長，全年最低氣溫-32℃，最大凍土深2.1 m，屬季節凍土區，而渡槽又是建設在河、溝道等地勢低洼，含水率大的凍脹土基上，如果在設計與施工中重視不夠，措施不當，就將導致渡槽槽身拱起，傾斜或倒塌，東北許多已建渡槽，都因基礎凍害而發生不同程度的斷裂、傾斜、基礎上抬等破壞最終使渡槽無法使用。樺南縣共和灌區南干渠鋼渡槽就因中間樁基凍拔上抬而無法正常使用。向陽山三合干渠清茶渡槽也因凍害致使槽身上抬，新興八支渠渡槽因凍害而毀棄等。所以了解凍害破壞特征，掌握凍害防治措施是十分必要的。

1 渡槽凍害的破壞特征

1.1 凍脹力作用下渡槽基礎的上抬

寒冷地區的渡槽多采用圖1中的3種基礎型式，切向凍脹力對基礎的作用見圖2。

圖1 經常采用的3種型式渡槽基礎

圖2 切向凍脹力對基礎作用示意圖

基礎的凍害破壞，外觀上表現為不均勻上抬，中間基礎上抬量大，呈“羅鍋形”，渡槽基礎的不均勻上抬，主要是切向凍脹力作用的結果。當基礎周圍土體凍脹時，靠近樁柱的土體凍脹變形受到約束，進而沿基礎側表面產生方向向上的切向凍脹力。

在切向凍脹力作用下的凍脹上抬通常由以下兩種原因所致：

1)由于樁柱上部荷載，樁自重及樁柱與未凍土間的摩擦力不足以平衡總凍切力而產生整體上抬，其計算公式為：

式中：P為樁柱蓋梁以上荷載;G為自重;D為樁柱直徑;L為樁柱入土深度;H為凍層深度;fp為極限摩阻力;τ為單位切向凍脹力，我國在《灌入柱基礎設計施工規范》中按土的凍脹性給出如下取值標準：一般凍土5～8 t/m2，強凍脹土8～12 t/m2。

2)由于在凍拔力作用于下，樁柱截面尺寸配筋不滿足抗拉強度要求造成斷樁，斷樁位置多發生在最大凍拔力截面或斷筋截面。

1.2 渡槽斜坡樁柱基礎的凍害

當渡槽跨越劇深溝時，位于斜坡上方的樁柱不但受側向不均勻土壓力的作用，而且冬季還受來自斜坡上方的側向來凍脹力的作用而產生溝內側偏移或斷裂。

有關資料表明，作用于斜坡樁柱上方的凍脹力呈倒三角形分布。在0.2 m深處觀測到的最大凍脹力為2.5 kg/cm2。

2 渡槽凍害的防治措施

為了防治渡槽基礎的凍害，可采用消除、消減凍因的措施。

2.1 換填法

是將渡槽基礎周圍凍脹的土挖除，然后用弱凍脹的砂、礫石、爐灰渣等材料換填。換填厚度一般在40～80 cm，特別對于軟塑黏土，切向凍脹力值＞20 t/m2，要滿足此情況的抗凍拔穩定，采用單一的結構措施是困難的，即便可行，在經濟上往往也是不合理的。這時采用換填措施將凍脹力消減到一定范圍后再采用防凍結構措施更謂合理，采用砂礫換填應控制粉黏粒含量，一般＜14%，對換填料表表面應進行護砌，防止水流沖刷。

2.2 物理化學法

是指在基礎四周凍土中摻某種化學物質或物理措施，使其喪失凍脹性。主要有以下3種：

1)憎水土改良法：用液態石油瀝青，液態煤焦油，泥炭焦油和柴油等收斂化學物摻入渡槽基礎周圍土中，使其變成憎水土，為使憎水土具有足夠強度穩定性，需在憎水土中加入一定數量的表面活性劑，如有機酸和苯酚與少量熟石灰配合，有機亞硝酸基、松香酸的松脂廢料等，為防止渡槽基礎凍拔，可在基礎周圍一定范圍做20～30 cm的憎水土護砌。

2)鹽漬化法：可將回填土鹽漬化，對于亞黏土可采用2%～4%，對于砂質土可采用1% ～2%，然后回填到基礎周圍，為防止表面鹽漬化土流失，應當用防水層保護，鹽化法簡單易行，防凍效果較好，缺點是有效期短，2～4個冬季后，防凍脹效果降低，所以要每隔2～4個冬季加一次鹽，以保持防凍脹效果的連續性。

3)加熱隔熱法：加熱法是指在渡槽基礎周圍埋設加熱電纜，通過連續或間斷加熱的方法以保證基礎周圍不產生凍結。隔熱法是指在渡槽基礎周圍填土表面設置隔熱層。常用做隔熱層的材層有：草筏、爐渣、玻璃纖維和聚苯乙烯泡沫塑料等，其中聚苯乙烯硬質泡沫板具有很強的保溫作用，還具有閉孔結構不吸水，其化學成分決定它不腐爛、耐久性好，有較好的抗壓縮性能(抗壓強度≥2 kg/cm2)，且成本低，較適宜隔熱法。

3 結語

只有深入了解凍害的破壞特征，才能總結出切實可行的有效的凍害防治措施。在水利工程國民經濟效益評價計算過程中，水工建筑物的生產使用壽命一般都在30～50 a，而發生凍害破壞的渡槽往往在建成后幾年最多十幾年就無法運行，嚴重影響了下游水田的灌溉用水。我們可以采用有效的凍害防治措施來確保渡槽的安全運行，更好地服務于當地的農業發展。

［1］陳德亮，管楓年，等.渡槽［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［2］中國建筑科學院地基所.灌入樁基礎設計施工規范［S］.北京：建筑工業出版社，1978.

TV672.3

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1007-7596(2011)06-0283-02

2011-08-15

徐長華(1974-)，女，黑龍江樺南人，工程師;滿守耀(1973-)，男，黑龍江樺南人，工程師。