北引總干渠渠道土凍脹性的分析方法及處理措施

鄭 佳，王曉初

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 凍脹對建筑物、構筑物、渠道的危害

北部引嫩總干渠作為引水工程，所處土層含有不同的水量，經過低溫凍結，體積增大，產生不同程度的脹力，作用在渠系建筑物和渠道上，對其造成很大的破壞。

1.1 凍脹對渠系建筑物基礎的破壞

凍脹使基礎整體抬高或者局部抬高。經過冬夏多次凍融、緩沖，基礎斷裂破碎，基礎局部凍脹使建筑物產生裂紋，嚴重的出現裂縫，呈現上寬下窄，也可能產生多條裂縫，呈現出現八字形狀。凍切力對基礎產生側向推力，使基礎側向位移。條形基礎局部斷裂，基礎側向產生垂直裂紋。

由于基礎的抬高和位移，支撐其它墻體產生裂縫，裂縫的部位和形狀因構造和結構而異，有垂直的、斜向的、水平的。必須觀察裂縫進行綜合分析，是凍脹還是沉降，才能確定。

1.2 凍脹對渠體的影響

由于渠體含水率高，溫度達到零點以下，使渠坡變形，表面護砌脫落，經過多次凍融，使護坡破壞。凍脹使防水層破裂，浸泡反復凍融，使排水口堵塞建筑荷載增大，凍脹使渠道結構斷裂，面層裂縫變形、滲水，循環產生凍融，渠道不能正常使用。

2 渠道土的凍脹性評價方法及對比

2.1 北引總干渠工程地質條件

北引總干渠渠道土巖性主要為含砂低液限黏土、低(高)液限黏土、級配不良砂、級配良好細礫組成，其中前段多以砂性土為主，后段多以黏性土為主，渠道屬過水建筑物，且前段地處河漫灘，地下水位埋深較淺，凍結期地下水位高出渠底，渠底有積水或有側向滲水補給，在進行渠道護坡及襯砌時應考慮渠道土的凍脹性。

2.2 渠道土凍脹性的評價方法

凍脹性的評價可依據的規范主要為國家標準《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2002)和水利標準《渠系工程抗凍脹設計規范》(SL23－2006)，兩種規范的評價方法存在一定不同，現將兩種評價方法簡述如下:

《渠系工程抗凍脹設計規范》(SL23－2006)進行渠道最大凍結深度內的渠道土凍脹性分類標準見表1。

表1 土的凍脹性分類表

《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2002)進行最大凍結深度內土的凍脹性分類標準(部分)見表2。

2.3 凍脹性評價方法的對比與選用

按照兩種不同的評價方法，對北引總干渠部分渠道土的凍脹性評價見表3、4。

參照《渠系工程抗凍脹設計規范》(SL23－2006)，進行渠道最大凍結深度內的渠道土凍脹性評價，其結果見表3。渠道最大凍結深度這里依據《工程地質手冊》(中國建筑工業出版社，第四版)查得，工程區最大凍土深度為2.08m(齊齊哈爾市)。凍深內，巖性主要為低液限黏土、級配不良中砂、級配良好細礫等，經評價判定低液限黏土具凍脹性。

表2 地基土的凍脹性分類表

表3 渠道土凍脹性評價表

參照《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2002)進行最大凍結深度內土的凍脹性分類，其結果見表4。

表4 渠道土凍脹性評價表

從上面的對比評價可以看出，兩種方法得出的結論還是有所差異的。主要表現在評價側重的角度上，《渠系工程抗凍脹設計規范》因為考慮渠道屬引水建筑物，渠道土在運行期間處于浸水狀態或飽水狀態，所以對于定性判斷上更注重于渠道土的顆粒組成，而《建筑地基基礎設計規范》則更注重于渠道土的含水量及地下水位與凍結深度的關系。其中有一個顯著的不同就是粗粒土(礫砂等)的凍脹性判別上兩種規范可能得出完全不同的結論。

對于規范的選用，也經過了一些理論上的思考和專家的批評指導，最終對于北引總干渠渠道土的凍脹性評價采用《渠系工程抗凍脹設計規范》進行相關評價及計算，這里主要考慮的是渠道土的特殊性，與一般建筑地基土不同，可能常年處于浸水或飽水狀態，渠道土可能處于飽和或近飽和狀態，采用行業規范比國標規范更嚴謹更符合實際。

3 工程處理措施

凍脹性渠道的襯砌宜優先采用能適應凍脹變形的柔性結構。當凍脹量大于允許位移值時，應根據渠基土的凍脹級別，并結合渠道防滲要求進行渠道斷面及襯砌結構設計。主要措施為:

1)凍脹級別為Ⅰ、Ⅱ級時，可采用整體式混凝土U形槽襯砌、漿砌石襯砌、板膜復合襯砌等結構形式。

2)凍脹級別為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級時，可采用地表式整體混凝土U型槽或矩形槽。渠深不超過1.5 m的寬淺渠道，渠底采用平板結構，墻板連接設凍脹變形縫。

［1］水利電力部水利水電規劃設計院.水利水電工程地質手冊［R］.北京:水利水電出版社，1985.4:97～116.

［2］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.SL23－2006渠系工程抗凍脹設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［3］中國建筑科學研究院.GB 50007－2002建筑地基基礎設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［4］工程地質手冊編委會.工程地質手冊(第四版)［K］.北京:中國建筑工業出版社，2007.