東港沿海地區水工建筑物防治凍害技術措施

王冶志

東港沿海地區水工建筑物防治凍害技術措施

王冶志

（東港市鐵甲水庫管理處 遼寧東港 118300）

本文針對東港地區冬季寒冷水工建筑物遭受凍融破壞，提出了水工建筑物防治凍害技術措施，為控制水利工程質量提供了參考依據。

水工建筑物 凍融 抗凍性 防治凍害 技術措施

1 前言

遼寧東港地區在全國綜合自然區劃中，屬于南溫帶濕潤區大陸性季風氣候，建筑氣候區劃上東港在Ⅱ區，屬于寒冷地區。市區地理座標為東經 123°38′，北緯40°07′。東港地區東西最大橫距65km，南北最大縱距約50 km，總面積3354 km2。東港地區年平均氣溫8.1～9.5℃，年極端最高氣溫33～36℃，極端最低氣溫-22～-37℃，一月份最冷，月平均氣溫-7.8～-15℃，結冰期110～135天。 2012年冬季平均氣溫南部為-7.1～-7.8℃，北部為-9.3～-11.3℃， 2012年12月份，由于冷空氣活動頻繁，且勢力偏強，造成氣溫異常偏低、降水特多的氣候異常時段。月平均氣溫南部地區為-9.0～-8.0℃，北部地區在-12.5～-10.5℃之間。 截止到2013年2月末，全地區最大凍土深度86cm。漫長而寒冷的冬季造成的冰凍和土的凍脹作用，使數不清的各類水工建筑物遭到嚴重破壞。其中渠系建筑物破壞尤為嚴重，水庫堤防、壩坡和進水塔、水電站取水建筑物的冰害現象也極為普遍。有必要針對本地區水工建筑物防治凍害技術措施進行研究。

2 防治凍害技術措施

2.1設計方面

東港地區土質屬于海相淤泥類土，含有較多的有機質疏松軟弱粉質粘性土，凍層一般0.9m左右。設計時考慮利用建筑物結構的形狀、強度和整體剛度等因素來減少土凍脹力對建筑物的破壞作用，從而保證其穩定和正常運行。設計時要增加基礎深度，同時選擇多種擴大式基礎：擴大式樁、墩基礎、階式基礎，深度一般不小于1.0～1.2m。這些基礎可起到抗凍拔和增大承載能力的雙重作用。

設計采取的措施屬“永久性”措施，在建筑物抗凍方案選擇時，應作為首選方案。設計時應注意保證結構的整體剛度和構件強度，以滿足抵御凍脹力或適應性凍脹變形的需要。

2.2施工方面

2.2.1 確保回填土壓實17

建筑物主體工程完工后，基礎至正常水位之間回填土方，利用粘性土夯實。壓實土具有長期穩定性，土體中孔隙小，含水量極低，結冰后就無冰晶體存在，減少土體的凍脹，隨土體密度的增大凍脹性降低的特性達到防治地基凍脹的目的。此措施具有就地取材、施工簡便、防治成效顯著等特點，可廣泛適用于各種類型建筑物。

2.2.2 換填措施

過飽和的淤泥類土，在負溫作用下，土體中的液體水變成固體的冰晶體，導致體積膨脹，土體變形隆起，處在這種凍土上的水工建筑物，就會受到土體變形時產生凍脹力影響。砂性土為較粗粒徑的顆粒，孔隙大，滲透性好，在冬季常處于疏散狀態，受凍脹影響小，變形小，因此采用基礎換填，以減少凍脹力對建筑物影響。常用的基礎換填方法有：換砂、換填碎石、換填三合土墊層與換填壓實的粘土墊層等。

在采用基礎換填時，應注意設法消除基礎周圍的凍切力，基礎換砂應嚴格注意砂的質量，以粗砂、中砂為宜，粉粒含量應控制在12%以下，在換填透水料的地基中要做好防滲與排水工作。

2.2.3 合理設置伸縮縫、沉降縫

東港市水資源豐富，農田以水田為主，灌溉渠道從干渠、支渠…農渠縱橫交錯，渠系及其建筑物由于凍融產生的不均勻沉降而導致破壞比比皆是，近十年來渠系改造工程，采用分縫分塊措施。合理的分縫、分塊能夠有效減輕凍融對水工建筑物的破壞，尤其是渠系建筑物。分縫、分塊的大小由工程結構而定。在施工中，伸縮縫、沉降縫要格外引起重視，嚴格加以控制，確保工程質量，保證工程在運用過程中，塊體沉降的整體性，伸縮的有效性。

2.2.4 物理措施

保溫和隔離法是防治地基凍脹的有效的物理方法。

保溫法利用保溫材料在基礎及周側防止地基凍結或減少地基凍結深度的方法屬物理化學措施之一。近年來，聚苯乙烯泡沫板在板、墻防凍脹地基中已有較廣泛的應用，該種材料的低導熱性和基本不吸水特性，對防止地基凍結有較好效果。

隔離法是將建筑物底部易凍脹的土體用防滲材料包裹起來，切斷水的入滲和控制地基的含水量，以阻斷凍結期的水分遷移而形成強凍脹，屬地基土物理改良措施之一，已在工程實踐中取得了一定效果。

3 合理選擇原材料及混凝土的配合比

3.1選擇高抗凍性水泥

選擇抗凍性好的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，尤其是冬季施工的首選。國內各種水泥的抗凍性從高到低依次為：硅酸鹽水泥>普通硅酸鹽水泥>礦渣硅酸鹽水泥>火山灰硅酸鹽水泥。根據工程不同使用部位和工程環境條件選用合適的水泥，選用的水泥強度等級應與混凝土的設計等級相適應，同時優先選用強度等級較高的水泥。

3.2骨料

混凝土的骨料質量對抗凍性也有一定影響，骨料含泥量大于3%的天然砂會使混凝土的抗凍性降低，骨料級配不連續也會使混凝土的抗凍性降低，吸水率大的吸水性骨料和尺寸大的粗骨料，在凍融中宜產生破壞。另外，骨料雜質含量、堅實性、風化程度等都直接影響混凝土的密實性、抗凍性。應優選潔凈、級配良好的中砂和級配良好、孔隙率較小的粗骨料，同時水工混凝土應采用非堿活性的骨料。

3.3外加劑

外加劑的選用應根據混凝土的性能要求，施工需要，結合工程原材料的實際情況進行適應性試驗，然后根據試驗確定外加劑的種類和摻量。有抗凍要求的混凝土必須摻加引氣型外加劑，以提高混凝土的和易性和抗凍性，并嚴格控制混凝土的含氣量；冬季施工時，必須摻加防凍型外加劑，以提高混凝土早期強度，從而減少混凝土的早期凍害。

3.4水灰比

水灰比偏大，單位用水量偏多，在凍融過程中產生的冰膨脹壓力和滲透壓力增加，降低了混凝土的抗凍能力。采用合適的水灰比，可提高混凝土密實性、抗凍性。水灰比的大小，直接影響混凝土孔結構及孔隙的多少。《水工建筑物抗冰凍設計規范》（SL211-2006）規定小型工程抗凍混凝土水灰比，根據不同的水工結構和構件混凝土抗凍等級，最大允許值為0.45～0.58。

4 結語

冬季丹東地區經歷正負溫循環相對更多，導致水工建筑物結構遭受凍融循環會更強，凍害更明顯。根據不同工程的具體條件，采用各種綜合性防凍措施防治凍害效果很好。本文針對如何防治水工建筑物凍害問題，提出了適宜的防治措施，在實際應用中，應根據具體條件，采用適宜的措施，最好是采用綜合性防治措施，效果將會更為顯著。

1. 謝蔭琦，王建國.《季節凍土區水工建筑物地基土凍脹性工程分類》

2. 譚志偉，楊革.《水工建筑物凍害防治技術》黃河水利出版社

3. 銀英姿，郭海，楊文勝.在季節凍土區渠系水工建筑物基礎保溫防凍措施 內蒙古農業大學學報 第22卷第4期

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.017

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1672-2469（2014）05-0056-02

17作者簡介：王冶志（1966年—），男 ，工程師。