刍议讷全灌区渠系建筑物冻害分析及防治措施

刘洪友，徐万江，崔润利

（讷河市水务局，黑龙江讷河 161300）

讷全灌区位于讷河市讷漠尔河南岸，是讷河市境内最大的灌区，是一个冬季受冻害影响比较严重的地区。特别在水利工程使用过程中，由于冻害原因，直接影响到工程的效益发挥和运行安全管理，冻害对水工建筑物影响非常严重，使水工混凝土建筑物往往出现裂缝、倾斜、倒塌等现象，工程使用寿命大大降低，现通过讷河市讷全灌区渠道及配套建筑物这些典型的实例，谈谈对水利工程建筑物冻胀破坏的原因分析和防治对策。

1 冻害产生的原因

水利工程发生冻害的原因多数是地基或建筑物表面与冻结界面处产生的冻胀应力。主要表现在作用于基础底面的法向冻胀力，作用于基础和挡土墙侧面的切向冻胀力和侧向水平冻胀力等。由于灌区渠系工程冬季多处于有水状态，使土壤含水量高，产生的冻胀力加大，当冻胀力达到一定程度，就会破坏渠系水工建筑物的稳定，结合讷全灌区工程的现状，主要存在以下几种冻害破坏：

1.1 条形梁基础桥的冻害破坏

讷全灌区干渠上桥多为80年以前修建，80%的桥为条形梁基础，基础埋深只有2.5 m，由于渠道工程不配套，而且渠底经多年冲淘严重，特别桥下由于壅水导致严重冲刷，致使中墩基础埋深不够，冬季在桥基础法向冻胀力的作用下，桥桩切向冻胀力作用下，使桥桩基础常常不均匀地拔起来，特别淘涮较深的桥下，桥基础的冻害破坏就越重，由于条形梁基础冻拔的不均匀性，导致桥桩倾斜，而且桥条形梁基础一般产生冻拔后很难制止住，桥墩发生冻拔后很难恢复原位，而且桩基础的冻拔量将逐年累积。由于埋入土中部分不断减少冻拔则逐年加剧。渠道两侧的边墩由于有土覆盖，在土重力和冻深小的情况下，桥墩的冻拔量小。这样就会使桥面沿纵向呈“锣锅”形。讷全灌区渠系上现有4处桥出现这种情况，最严重的平房村后的干渠桥作为危桥停用。

1.2 水闸挡土墙的冻害破坏原因和特征

讷全灌区中讷南一号节制闸的分水闸是1989年建的，1992年的分水闸出口翼墙倒塌就是由于冻胀引起的，后来拆除重建。该闸出口挡墙为独立挡土墙，建筑物挡土墙底板属于板形基础。板形基础冻害破坏的原因是法向冻胀力和切向冻胀力对板形基础双重发生作用，由于挡土墙基础埋深多小于冻深。且水闸长年积水，基础侧面上还将受较大切向冻胀力的作用。因此板形基础建筑物常常被冻胀力抬起来。挡土墙背面土发生冻胀时，挡土墙受力主要是作用于墙的水平冻胀力，水平冻胀力远远大于土压力。土压力和水平冻胀力的交替循环作用，导致挡土墙体裂缝、断裂、倾斜和倒塌等现象。

1.3 渠道衬砌工程的冻害破坏

讷全灌区渠道多处为混凝土护坡，由于冻胀原因很多段隆起，塌陷、断裂。主要原因是换填深度不够，冬季渠道中水排不净，特别是含水量比较大的土质，导致基础法向冻胀力对护坡板作用加大，使之抬起，又由于上层板对下层板的重力作用，使混凝土板很难恢复到原来位置，恶性循环，导致护坡变形。

2 预防措施

2.1 抗冻设计

工程在设计阶段要充分考虑到冻害因素，对容易产生冻胀的部位做好针对性的对策，使设计抗冻标准满足防冻害要求。

2.2 渠道排水

由于渠道冬季有水会加大建筑物和护坡的冻害，所以在秋季水田停止用水时，把闸门关严，使渠道处于无水或存少水状态。尽可能将地下水位降到临界冻深以下，做到渠堤排水畅通，以利排除雨雪水。

2.3 建筑物的防护

建筑物出现冻胀现象后，要及时采取措施，避免出现严重的质量问题。桥基础底板的防冻，由于冲涮导致埋深不够的，在秋季停水后，马上回填到设计高程，并且做到冬季渠道无水或少水，保证基础底板的防冻。挡土墙墙背面冻胀区域内，根据冻胀的范围按梯形进行做换填处理，采用充填纯砂。挡土墙为混凝土或钢筋混凝土不漏水墙体时，也要在墙体一侧用塑料薄膜。这是因为塑料薄膜充填后使墙体与填充体结合得更好。同时要有排水出路，所以换填后要有排水出路，以排除砂砾石中的水，增加防冻效果。

2.4 换填措施

防冻胀的最好办法就是换填处理，将冻层内冻胀土的部分或全部置换成非冻胀土，最好是砂砾石。其置换情况应视土质和地下水埋深而定。甚至可在全部置换材料下铺一层防渗膜料将含水量小的土压实并包裹起来，使之与外部水隔开。阻止上部水向冻结锋面迁移，防止地基冻胀。

在护坡施工和维修过程中，应对底部进行换填夯压，有条件的地方，对护坡以下回填60～80 cm砂砾石垫层，尤其对渠道底部应做彻底的砂砾石换填处理，换填深度在100～140 cm为宜，以防止冻害的发生。对于水闸等配套建筑物基础深度必须达到冻土深度以下，讷河市冻深为2.3～2.5 m，对不能达到换填冻胀深度的建筑物基础，应采用保温材料进行防冻处理，可采用5 cm的保温板，铺设在基础上。

3 结语

冻害对灌区渠系建筑物影响因素比较多，所以在实际工程应采取措施，结合建筑物的结构特点、运用要求、水文地质条件和当地的实际情况选择适合的方式。

[1]寇国伟，刘宝君.论水工建筑物的冻胀破坏的防治措施[J].西部探矿工程，2007（9）：201-202.