渠系建筑物设计中的冻害防治措施探讨

彭林

摘要：我国是农业大国，所以我国很多地方依赖于渠系进行农业浇灌，但是由于温度过低会产生冻土而对渠系的产生损毁。本文对冻土对渠系损坏的原因进行分析，并且提出了一些防止措施。

关键词：渠系建筑物；冻土层；变形

一、概述

渠系的水上建筑在我国的最北部黑龙江、最西部的新疆、最南部的云南的海拔较高的中北部地区遭受冻害十分严重，影响了渠上建筑的工作的正常进行。在黑龙江全省的大小渠系建筑大概有70%以上会受到冻害不同程度的损害；云南中北部由于海拔高，气候低，渠系建筑也遭受着冻害的损毁，水上建筑冻胀现象时有发生，轻则渠系建筑出现裂痕，重则整个建筑物直接倒塌；在新疆有些地区也处于严寒地带，许多渠系建筑也在遭受着冻害的损毁，建筑出现裂痕，倒塌时有出现。

二、冻土产生的原因及危害

我们对上述的三个地区进行冻害发生的研究：黑龙江地区在我国的最北部，气候属于温带季风气候，而且临近西伯利亚平原以及蒙古平原，常年受到蒙古及西伯利亚冬季季风影响，常年气温低下，寒潮频频，异常寒冷。全省平均气温大多在-6℃-4℃，这就导致全省会有极长时期的结冻期，平均每年都会有九个多月。由于在冻结的过程中，土壤中的水分会有不均匀的融沉，这样地基上的建筑物会因为地基的变形而产生不同程度的破坏，甚至严重的变形会导致整个建筑的倒塌。尤其对于渠系建筑来说这些影响显得尤为重要，渠系建筑一般建在地下水位较高的位置，那么这样的变形对于渠系建筑来说将是巨大的，也将是毁灭性的。新疆处于我国最西部，也是欧亚大陆的腹地，远离海洋，而且又有高山阻止湿气团的进入，所以这里的农业很大程度依赖于灌渠，但是新疆塔额地处严寒地区，冬季气温异常寒冷，这样就是当地存在极深的冻土层，平均冻土层就能达到1.2m，冻土层的出现使得渠系建筑遭到不同程度的冻害，使得当地的灌溉业遭到极大的影响。还有云南的中北部，海拔高，气温低，也是存在极深的冻土层，导致当地的渠系建筑受到了不同程度的损毁。

由上面三个地区渠系建筑损毁原因的分析我们可以知道，大都是由于冻土层的原因，我们对其原理进行分析将有利于我们以后对防治的进行。我们可以知道冻土层是自上向下单方向的产生的，我们还知道冻土层中的水分不只是原来的水分还包括来自地下不断补充的地下水，这样一部分的迁移水导致冻土层体积膨胀，导致地基的也出现上升，但是由于各个位置水的含量的差异性，也导致地址的不同位置的上升也有所不同，也就导致了渠系建筑出现裂痕甚至倒塌。我们通过调查上述三省的冻土层发现，建筑物的不同遭受的破坏程度也是不同的，比如排水的建筑物相对引水建筑物来说损毁更加严重，这是因为排水建筑地势低，低下水位相对较高，这样会使排水建筑的变形量更大，损毁更加严重：砂型地质上的建筑相比粘性地质上的建筑冻害影响较小，因为粘性地质的冻胀性高于砂型地质所致：同一所建筑阳面比阴面受冻害影响更大，因为阳面的昼夜温差太大，地基的变化太大。这些研究将有利于我们对渠系建筑防冻害的进行。

虽然渠系建筑常年遭到损毁，但是依然不能解决渠系的冻害问题，只能是年年损毁，年年修，而新建筑的建设，为了减轻冻害对渠系建筑的影响，大多都会选择将建筑的地基冻土层以下，这样对于工程建设来说，工程量的会大大增加，工程造价也是大幅度提高，这对一些中小工程来说是一个很大的负担。

三、渠系建筑的冻害防止措施

在寒冷地区我们可以对建筑物进行合理切分。因为大型建筑的深层构建地基造价太高，不适合中小型工程，所以中小型工程的防冻主要还是对建筑物的合理性分割，和对变形缝的位置设置。我们目前可以采用的活性连接的方式，这样我们既能改善建筑物的受力条件，还可以对改善渗透的影响，使建筑物适应因冻胀而产生的变形。以现在的技术来看我们有三种渠系建筑的分割和连接方式。

第一种是进行渠系建筑的胸墙和护墙的分块，选用合适胸墙和护墙可以使建筑物尽可能的适应因不均匀冻胀而产生的变形。

第二种是进行渠系建筑的胸墙和护墙的分块，我们对于胸墙和护墙和洞身不进行浇固，但是我们采用将有弧度的胸墙放置到洞顶的方式。

第三种是当我们进行连接时，对管道的连接采用柔性的方式进行连接，用这种方式来适应因冻胀而产生的地势变化，并且我们还要对管道节进行固定，防止其产生脱离。

还可以使用试用工程量稍大的换填法。知道不同地质土壤对于建筑的冻胀影响是不一样的，我们可以使用沙砾石来替换地基的冻胀土，这样可以针对因土质的冻胀而产生的变形，沙砾属于材料，替换地基的冻胀性强的土壤，削弱了地基的变形。对于换填的深度以及范围我们要根据我们建设的渠系的类型、结构进行个列分析。也可以尽量简单地进行建筑物的平面和立面设计。我们发现对于大多数的中小渠系来说，适应能力越强的其在外部形状的设计上就越简单，这是因为在冻土层的作用下，渠系建筑物会受到来自外界地势差而产生的力，这样建筑物的平衡性会受到影响，便会在建筑物外部产生裂痕，甚至当受到的外力过大时坍塌。因此我们力求简单的平面以及立面的设计。或者对建筑物的本身进行改进。我们可以在建筑物表面涂一些保水涂料，如沥青，可以是冻胀而带来的冻切力减少一半。对于大型的渠系建筑我们可以增加基础的深度；还可以缩小建筑物在冻层的面积，来减小冻层的变化所带来的影响。

可以对地基下的水分进行转移。我们目前有三种转移水分的方法：第一种，使用化学材料对地基的土壤进行固定，然后对地层进行灌浆，堵住土壤中的毛管通道，使得水分不能正常的转移。第二种，使用不透水的材料，对渠系建筑周围以及地层进行覆盖，减少地基下的温度改变，减少冻层深度，降低變形量。第三，在渠系建筑的修建时，在其周围打井，并在井里倒入弱胀性材料，降低地下水位。

结论：以上的措施都是经过一系列的实践证明过的效果良好，可是也会存在一定的局限性。所以在今后渠系防冻害的工作中我们要根据工程的具体方式来定，选择合适的防冻方式，以达到最佳的防冻效果。endprint