渠系建筑物設計中的凍害防治措施探討

彭林

摘要：我國是農業大國，所以我國很多地方依賴于渠系進行農業澆灌，但是由于溫度過低會產生凍土而對渠系的產生損毀。本文對凍土對渠系損壞的原因進行分析，并且提出了一些防止措施。

關鍵詞：渠系建筑物；凍土層；變形

一、概述

渠系的水上建筑在我國的最北部黑龍江、最西部的新疆、最南部的云南的海拔較高的中北部地區遭受凍害十分嚴重，影響了渠上建筑的工作的正常進行。在黑龍江全省的大小渠系建筑大概有70%以上會受到凍害不同程度的損害；云南中北部由于海拔高，氣候低，渠系建筑也遭受著凍害的損毀，水上建筑凍脹現象時有發生，輕則渠系建筑出現裂痕，重則整個建筑物直接倒塌；在新疆有些地區也處于嚴寒地帶，許多渠系建筑也在遭受著凍害的損毀，建筑出現裂痕，倒塌時有出現。

二、凍土產生的原因及危害

我們對上述的三個地區進行凍害發生的研究：黑龍江地區在我國的最北部，氣候屬于溫帶季風氣候，而且臨近西伯利亞平原以及蒙古平原，常年受到蒙古及西伯利亞冬季季風影響，常年氣溫低下，寒潮頻頻，異常寒冷。全省平均氣溫大多在-6℃-4℃，這就導致全省會有極長時期的結凍期，平均每年都會有九個多月。由于在凍結的過程中，土壤中的水分會有不均勻的融沉，這樣地基上的建筑物會因為地基的變形而產生不同程度的破壞，甚至嚴重的變形會導致整個建筑的倒塌。尤其對于渠系建筑來說這些影響顯得尤為重要，渠系建筑一般建在地下水位較高的位置，那么這樣的變形對于渠系建筑來說將是巨大的，也將是毀滅性的。新疆處于我國最西部，也是歐亞大陸的腹地，遠離海洋，而且又有高山阻止濕氣團的進入，所以這里的農業很大程度依賴于灌渠，但是新疆塔額地處嚴寒地區，冬季氣溫異常寒冷，這樣就是當地存在極深的凍土層，平均凍土層就能達到1.2m，凍土層的出現使得渠系建筑遭到不同程度的凍害，使得當地的灌溉業遭到極大的影響。還有云南的中北部，海拔高，氣溫低，也是存在極深的凍土層，導致當地的渠系建筑受到了不同程度的損毀。

由上面三個地區渠系建筑損毀原因的分析我們可以知道，大都是由于凍土層的原因，我們對其原理進行分析將有利于我們以后對防治的進行。我們可以知道凍土層是自上向下單方向的產生的，我們還知道凍土層中的水分不只是原來的水分還包括來自地下不斷補充的地下水，這樣一部分的遷移水導致凍土層體積膨脹，導致地基的也出現上升，但是由于各個位置水的含量的差異性，也導致地址的不同位置的上升也有所不同，也就導致了渠系建筑出現裂痕甚至倒塌。我們通過調查上述三省的凍土層發現，建筑物的不同遭受的破壞程度也是不同的，比如排水的建筑物相對引水建筑物來說損毀更加嚴重，這是因為排水建筑地勢低，低下水位相對較高，這樣會使排水建筑的變形量更大，損毀更加嚴重：砂型地質上的建筑相比粘性地質上的建筑凍害影響較小，因為粘性地質的凍脹性高于砂型地質所致：同一所建筑陽面比陰面受凍害影響更大，因為陽面的晝夜溫差太大，地基的變化太大。這些研究將有利于我們對渠系建筑防凍害的進行。

雖然渠系建筑常年遭到損毀，但是依然不能解決渠系的凍害問題，只能是年年損毀，年年修，而新建筑的建設，為了減輕凍害對渠系建筑的影響，大多都會選擇將建筑的地基凍土層以下，這樣對于工程建設來說，工程量的會大大增加，工程造價也是大幅度提高，這對一些中小工程來說是一個很大的負擔。

三、渠系建筑的凍害防止措施

在寒冷地區我們可以對建筑物進行合理切分。因為大型建筑的深層構建地基造價太高，不適合中小型工程，所以中小型工程的防凍主要還是對建筑物的合理性分割，和對變形縫的位置設置。我們目前可以采用的活性連接的方式，這樣我們既能改善建筑物的受力條件，還可以對改善滲透的影響，使建筑物適應因凍脹而產生的變形。以現在的技術來看我們有三種渠系建筑的分割和連接方式。

第一種是進行渠系建筑的胸墻和護墻的分塊，選用合適胸墻和護墻可以使建筑物盡可能的適應因不均勻凍脹而產生的變形。

第二種是進行渠系建筑的胸墻和護墻的分塊，我們對于胸墻和護墻和洞身不進行澆固，但是我們采用將有弧度的胸墻放置到洞頂的方式。

第三種是當我們進行連接時，對管道的連接采用柔性的方式進行連接，用這種方式來適應因凍脹而產生的地勢變化，并且我們還要對管道節進行固定，防止其產生脫離。

還可以使用試用工程量稍大的換填法。知道不同地質土壤對于建筑的凍脹影響是不一樣的，我們可以使用沙礫石來替換地基的凍脹土，這樣可以針對因土質的凍脹而產生的變形，沙礫屬于材料，替換地基的凍脹性強的土壤，削弱了地基的變形。對于換填的深度以及范圍我們要根據我們建設的渠系的類型、結構進行個列分析。也可以盡量簡單地進行建筑物的平面和立面設計。我們發現對于大多數的中小渠系來說，適應能力越強的其在外部形狀的設計上就越簡單，這是因為在凍土層的作用下，渠系建筑物會受到來自外界地勢差而產生的力，這樣建筑物的平衡性會受到影響，便會在建筑物外部產生裂痕，甚至當受到的外力過大時坍塌。因此我們力求簡單的平面以及立面的設計。或者對建筑物的本身進行改進。我們可以在建筑物表面涂一些保水涂料，如瀝青，可以是凍脹而帶來的凍切力減少一半。對于大型的渠系建筑我們可以增加基礎的深度；還可以縮小建筑物在凍層的面積，來減小凍層的變化所帶來的影響。

可以對地基下的水分進行轉移。我們目前有三種轉移水分的方法：第一種，使用化學材料對地基的土壤進行固定，然后對地層進行灌漿，堵住土壤中的毛管通道，使得水分不能正常的轉移。第二種，使用不透水的材料，對渠系建筑周圍以及地層進行覆蓋，減少地基下的溫度改變，減少凍層深度，降低變形量。第三，在渠系建筑的修建時，在其周圍打井，并在井里倒入弱脹性材料，降低地下水位。

結論：以上的措施都是經過一系列的實踐證明過的效果良好，可是也會存在一定的局限性。所以在今后渠系防凍害的工作中我們要根據工程的具體方式來定，選擇合適的防凍方式，以達到最佳的防凍效果。endprint