加強灌區水工建筑物防凍害措施的探究

■諶琳佳 ■江西國金建設工程有限公司，江西 南昌 330000

水工建筑物的凍害實質是凍脹破壞，一般簡稱凍害。主要產生原因是水工建筑物的基礎土質，在自然條件下凍結，產生凍脹現象，導致水工建筑物發生不同程度的破壞。引發凍害的外界因素主要是氣溫過低，土質問題以及外界載荷壓迫等。由于較細土粒和混凝土孔隙一樣，在存在水分時氣溫下降到一定程度就會發生結冰，從而出現凍脹和結冰壓力。這種地基土的凍脹現象一旦發生，灌區水工建筑物的水閘和溢洪道底板將會被擠壓隆起甚至裂開。而當混凝土孔隙發生凍結后，冰與水的融化交替作用會導致混凝土土層嚴重剝落和潤蝕。而水庫中產生的結冰壓力還有解凍產生的碎冰相互撞擊，將嚴重破壞灌區堤壩，造成水塔等水工建筑物的橋墩歪斜甚至斷裂。尤其是我國東北地區、華北地區以及西北地區，由于存在季節性的凍土，導致灌區水工建筑物的凍害現象非常嚴重，因此本文首先分析灌區水工建筑物凍害的產生原因，并提出相應解決措施。

1 水工建筑物凍害的原因

灌區水工建筑物的凍害形成原因一般主要有兩個部分，即內因和外因。凍害形成的內因主要是，水工建筑物的地基土發生凍脹或融沉以及長期冰凍，兼有凍融循環過程的自然現象所導致的破壞。而水工建筑物凍害產生的外因是其設計出現的問題，一般表現為施工人員方法不當，或者工程管理人員工作不到位而導致水工建筑后期的凍害問題。水工建筑物不同因其類型不同受凍脹破壞的形式也就不同，凍脹問題出現的類型也會不一樣。水工建筑物凍脹的破壞類型不多，主要表現在灌區渠道內部的一些襯砌和護坡水泥板，橋樁或橋墩等基礎構造，水工建筑的板型基礎和擋土墻設施。具體的灌區水工建筑物破壞原因有以下幾個方面:

灌區水工建筑物在地基土的發生凍脹時，會出現破壞。由于地基土中存在一定的水分，水在凍結成冰情況下，會產生一種凝結力，而且水變成冰體積會發生膨脹，凍土就會對地基產生凍脹作用。尤其在建筑物凍脹產生不均勻作用的情況下，一定程度上凍脹力會導致水工建筑物的形體破壞，主要表現在建筑物產生不允許變形和穩定性消失，這就是灌區水工建筑物在凍土區產生凍害的主要原因。

灌區水工建筑物的地基土發生融沉時導致破壞。凍土區土層中存在著多種結構的冰，這些不同結構的冰在融化時，體積會發生縮小，當地基土存在空隙時，土由于自重或外荷載作用會順著空隙隨水排出，地基土的這種不斷壓縮下沉，使得水工建筑物各部分結構的地基土出現問題，其土質和含水量會出現嚴重不均勻，還會發生不同深度的融化，以及不均勻的土層沉降，當土層沉降量超出水工建筑物允許變形范圍時，建筑物就會出現破壞。由于而且這種融沉作用導致的灌區水工建筑物破壞情況是比較頻繁的。

灌區水工建筑物施工時，工人的不正確的施工也會造成建筑物嚴重的凍害破壞。當由漿砌石建造的擋土墻內灌漿不足時，擋土墻的墻背不夠平整，不進行勾縫就會容易掛霜或者結露甚至形成冰楔，從而導致不規則的裂縫。尤其冬季施工時，不合理操作會加大墻的凍深，造成工程產生凍脹作用出現破壞。

2 灌區水工建筑物凍脹的危害

灌區水工建筑物凍脹問題直接影響到建筑物的使用性能，還會致使國家每年用于維修這類建筑物，耗費大量財力物力和人力，最嚴重的后果是會影響到灌區安全過水，甚至導致渠道不能再投入使用，為灌區建筑物帶來了諸多不便。尤其在灌區水工建筑物所在地區，需要灌溉期間，更是帶來很大麻煩，整個渠道系統和建筑結構都在使用過程中，都有一定的水流狀態。再加上各地的土質和地質情況不同，對于凍土區，水工建筑物一旦出現問題，將造成很大程度的破壞。如果存在多年的循環凍融，水工建筑物還會出現破壞或因地基不均勻而整體沉陷，帶來巨大經濟損失。因此，對灌區水工建筑物的凍害處理不當，不但要消耗大量的人力物力以及財力，對于該灌區所現在地的農業生產也將產生巨大影響。

3 構造物凍害防治措施

水工建筑物所在地的地下水位一般要求較高，而普遍存在設計抗凍強度較低的問題，而工程位置一般不宜改變，所以導致凍害防治比較難實現。目前防治水工建筑物的基礎凍害措施已有不少，對于加強水工建筑物的結構性能也有一定要求，為此本文有以下具體方案，為解決凍害問題提供幫助:

首先是提高設計方面的措施，這對于灌區水工建筑物的施工有很大幫助。首先設計人員要查明水工建筑的基本資料，還要調查該灌區水工建筑所在地的土質，地貌和地下水情況，利用科學的蜀軍判斷該地區土質的凍脹等級。并現場勘察地下水位的埋深和流向的變化情況，準確判斷觀察地表水和灌區的排水出路。對于所在地的氣溫以及降雪量和凍深等有關地理特性，也要仔細研究便于確定合理的建筑地基埋深。還有設計人員要收集材料，盡量保證結構的平面尺寸最小化，使得結構密度加大。對于結構材料要選用剛度和強度較大的，以確保能夠抵抗不均勻凍脹產生的負荷壓力，從而導致水工建筑的結構嚴重破壞。除了材料的強度和剛度要求要符合建筑要求外，材料穩定性和防滲透能力也相當重要，在考慮外界壓力為凍脹力時，對于材料的強度穩定性等要進行校核分析，以保證材料選擇的合理與科學。

灌區水工建筑物的板形基礎在建筑結構性中，也占有一定地位，在防凍害時也必須采取一定措施。一旦板形的基礎不能符合建筑抗凍脹的規定時，要選用抗凍脹的基礎結構或工程措施。在板型基礎的抗凍脹研究中，大多選用結構措施，常見的灌區水工建筑會采用一字閘，和篩網消能工。一定情況下配有錨固底板和反拱底板等結構建筑。抗凍脹的工程措施，一般不是很常見，只有當環境條件不允許或結構措施經費使用較大時才會動用。常見的灌區水工建筑的工程措施是用非凍脹性土置換所在地的地基土，或用土工模將所在地的地基土分層，然后進行包裹封閉，通常必須對地基進行壓密。最主要的工程措施是設置排水結構，一定的排水措施會對建筑有很大作用。

擋土墻凍害防治措施，在水工建筑物的防凍害措施中也是不可替代的。尤其對不能符合抗凍脹要求時，擋土墻要注意采用對凍脹變形程度有要求的結構型式。擋土墻的迎土面一般要平整光滑，還要考慮擋土墻保溫問題對建筑的影響。并設置一定的排水孔，以確保擋土墻有一定的防護功能，從而為灌區水工建筑的防凍害措施提供便利。

4 結束語

綜上所述，在實際的防凍害工程中，應注意做好資料收集，對所在地的地基土脹規律及建筑物的重要程度材料進行整理分析，然后制定合理的防凍害設計方案，用本文所述的各種防治凍害方法進行施工。綜合采用各種措施有助于達到更理想的灌區水工建筑的防凍害效果。

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