加强灌区水工建筑物防冻害措施的探究

■谌琳佳 ■江西国金建设工程有限公司，江西 南昌 330000

水工建筑物的冻害实质是冻胀破坏，一般简称冻害。主要产生原因是水工建筑物的基础土质，在自然条件下冻结，产生冻胀现象，导致水工建筑物发生不同程度的破坏。引发冻害的外界因素主要是气温过低，土质问题以及外界载荷压迫等。由于较细土粒和混凝土孔隙一样，在存在水分时气温下降到一定程度就会发生结冰，从而出现冻胀和结冰压力。这种地基土的冻胀现象一旦发生，灌区水工建筑物的水闸和溢洪道底板将会被挤压隆起甚至裂开。而当混凝土孔隙发生冻结后，冰与水的融化交替作用会导致混凝土土层严重剥落和润蚀。而水库中产生的结冰压力还有解冻产生的碎冰相互撞击，将严重破坏灌区堤坝，造成水塔等水工建筑物的桥墩歪斜甚至断裂。尤其是我国东北地区、华北地区以及西北地区，由于存在季节性的冻土，导致灌区水工建筑物的冻害现象非常严重，因此本文首先分析灌区水工建筑物冻害的产生原因，并提出相应解决措施。

1 水工建筑物冻害的原因

灌区水工建筑物的冻害形成原因一般主要有两个部分，即内因和外因。冻害形成的内因主要是，水工建筑物的地基土发生冻胀或融沉以及长期冰冻，兼有冻融循环过程的自然现象所导致的破坏。而水工建筑物冻害产生的外因是其设计出现的问题，一般表现为施工人员方法不当，或者工程管理人员工作不到位而导致水工建筑后期的冻害问题。水工建筑物不同因其类型不同受冻胀破坏的形式也就不同，冻胀问题出现的类型也会不一样。水工建筑物冻胀的破坏类型不多，主要表现在灌区渠道内部的一些衬砌和护坡水泥板，桥桩或桥墩等基础构造，水工建筑的板型基础和挡土墙设施。具体的灌区水工建筑物破坏原因有以下几个方面:

灌区水工建筑物在地基土的发生冻胀时，会出现破坏。由于地基土中存在一定的水分，水在冻结成冰情况下，会产生一种凝结力，而且水变成冰体积会发生膨胀，冻土就会对地基产生冻胀作用。尤其在建筑物冻胀产生不均匀作用的情况下，一定程度上冻胀力会导致水工建筑物的形体破坏，主要表现在建筑物产生不允许变形和稳定性消失，这就是灌区水工建筑物在冻土区产生冻害的主要原因。

灌区水工建筑物的地基土发生融沉时导致破坏。冻土区土层中存在着多种结构的冰，这些不同结构的冰在融化时，体积会发生缩小，当地基土存在空隙时，土由于自重或外荷载作用会顺着空隙随水排出，地基土的这种不断压缩下沉，使得水工建筑物各部分结构的地基土出现问题，其土质和含水量会出现严重不均匀，还会发生不同深度的融化，以及不均匀的土层沉降，当土层沉降量超出水工建筑物允许变形范围时，建筑物就会出现破坏。由于而且这种融沉作用导致的灌区水工建筑物破坏情况是比较频繁的。

灌区水工建筑物施工时，工人的不正确的施工也会造成建筑物严重的冻害破坏。当由浆砌石建造的挡土墙内灌浆不足时，挡土墙的墙背不够平整，不进行勾缝就会容易挂霜或者结露甚至形成冰楔，从而导致不规则的裂缝。尤其冬季施工时，不合理操作会加大墙的冻深，造成工程产生冻胀作用出现破坏。

2 灌区水工建筑物冻胀的危害

灌区水工建筑物冻胀问题直接影响到建筑物的使用性能，还会致使国家每年用于维修这类建筑物，耗费大量财力物力和人力，最严重的后果是会影响到灌区安全过水，甚至导致渠道不能再投入使用，为灌区建筑物带来了诸多不便。尤其在灌区水工建筑物所在地区，需要灌溉期间，更是带来很大麻烦，整个渠道系统和建筑结构都在使用过程中，都有一定的水流状态。再加上各地的土质和地质情况不同，对于冻土区，水工建筑物一旦出现问题，将造成很大程度的破坏。如果存在多年的循环冻融，水工建筑物还会出现破坏或因地基不均匀而整体沉陷，带来巨大经济损失。因此，对灌区水工建筑物的冻害处理不当，不但要消耗大量的人力物力以及财力，对于该灌区所现在地的农业生产也将产生巨大影响。

3 构造物冻害防治措施

水工建筑物所在地的地下水位一般要求较高，而普遍存在设计抗冻强度较低的问题，而工程位置一般不宜改变，所以导致冻害防治比较难实现。目前防治水工建筑物的基础冻害措施已有不少，对于加强水工建筑物的结构性能也有一定要求，为此本文有以下具体方案，为解决冻害问题提供帮助:

首先是提高设计方面的措施，这对于灌区水工建筑物的施工有很大帮助。首先设计人员要查明水工建筑的基本资料，还要调查该灌区水工建筑所在地的土质，地貌和地下水情况，利用科学的蜀军判断该地区土质的冻胀等级。并现场勘察地下水位的埋深和流向的变化情况，准确判断观察地表水和灌区的排水出路。对于所在地的气温以及降雪量和冻深等有关地理特性，也要仔细研究便于确定合理的建筑地基埋深。还有设计人员要收集材料，尽量保证结构的平面尺寸最小化，使得结构密度加大。对于结构材料要选用刚度和强度较大的，以确保能够抵抗不均匀冻胀产生的负荷压力，从而导致水工建筑的结构严重破坏。除了材料的强度和刚度要求要符合建筑要求外，材料稳定性和防渗透能力也相当重要，在考虑外界压力为冻胀力时，对于材料的强度稳定性等要进行校核分析，以保证材料选择的合理与科学。

灌区水工建筑物的板形基础在建筑结构性中，也占有一定地位，在防冻害时也必须采取一定措施。一旦板形的基础不能符合建筑抗冻胀的规定时，要选用抗冻胀的基础结构或工程措施。在板型基础的抗冻胀研究中，大多选用结构措施，常见的灌区水工建筑会采用一字闸，和筛网消能工。一定情况下配有锚固底板和反拱底板等结构建筑。抗冻胀的工程措施，一般不是很常见，只有当环境条件不允许或结构措施经费使用较大时才会动用。常见的灌区水工建筑的工程措施是用非冻胀性土置换所在地的地基土，或用土工模将所在地的地基土分层，然后进行包裹封闭，通常必须对地基进行压密。最主要的工程措施是设置排水结构，一定的排水措施会对建筑有很大作用。

挡土墙冻害防治措施，在水工建筑物的防冻害措施中也是不可替代的。尤其对不能符合抗冻胀要求时，挡土墙要注意采用对冻胀变形程度有要求的结构型式。挡土墙的迎土面一般要平整光滑，还要考虑挡土墙保温问题对建筑的影响。并设置一定的排水孔，以确保挡土墙有一定的防护功能，从而为灌区水工建筑的防冻害措施提供便利。

4 结束语

综上所述，在实际的防冻害工程中，应注意做好资料收集，对所在地的地基土胀规律及建筑物的重要程度材料进行整理分析，然后制定合理的防冻害设计方案，用本文所述的各种防治冻害方法进行施工。综合采用各种措施有助于达到更理想的灌区水工建筑的防冻害效果。

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