中小型水工建筑物凍害成因及其防治策略分析

□王樂

（新疆兵團勘測設(shè)計院（集團）有限責(zé)任公司）

中小型水工建筑物凍害成因及其防治策略分析

□王樂

（新疆兵團勘測設(shè)計院（集團）有限責(zé)任公司）

隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展速度不斷提升，水利工程設(shè)施的建設(shè)取得很大的發(fā)展。水利工程建筑物是我國基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，其不僅關(guān)系到我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，更關(guān)系到我國的國計民生。中小型水工建筑是水利工程建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，其會對水利工程的實用性造成直接的影響。根據(jù)我國的實際情況，中小型水工建筑物的數(shù)量相對較多，這主要是因為我國的水利工程主要以中小型為主。但根據(jù)中小型水工建筑物的實際使用情況來看，其經(jīng)常會因為凍害而不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，對我國水利工程正常功能的發(fā)揮造成嚴重影響。文章針對我國中小型水工建筑物的現(xiàn)狀，分析其凍害的成因，并探討有效的凍害防治策略。

中小型水工建筑物；凍害成因；防治策略

0 引言

近年來我國在水利工程建設(shè)中的投入越來越多，通過這樣的方式讓我國的社會經(jīng)濟建設(shè)得到有效保障，其中尤其是水利工程的大量修建有效解決了多地的洪澇災(zāi)害，并有效緩解了缺水地區(qū)的水資源匱乏問題。但根據(jù)我國中小型水利工程的運行現(xiàn)狀，其中有很多中小型水工建筑物存在凍害問題，導(dǎo)致水利工程的正常運行受到嚴重影響。這不僅會導(dǎo)致水利工程所在地的群眾生命和財產(chǎn)安全受到威脅，還會導(dǎo)致我國的經(jīng)濟建設(shè)受到嚴重影響，對我國的長遠發(fā)展極為不利。因此，在對中小型水利工程進行管理和建設(shè)的過程中，有效解決其水工建筑物的凍害問題是目前的重要任務(wù)。

1 中小型水工建筑物凍害的成因及危害

1.1 凍脹力導(dǎo)致的凍害

在混凝土和水工建筑物地基土因溫度過低而凍結(jié)時，土壤中含有的水分會凍結(jié)成冰塊，這些冰塊會將未凍結(jié)的水分聚集在其鋒面上從而形成冰晶體，冰晶體的體積不斷增大時就會產(chǎn)生凍脹力。根據(jù)建筑物的實際勘查，凍脹力對建筑物的破壞主要分為豎直方向、水平方向和切向的破壞。

1.1.1 豎向凍脹力

豎向凍脹力主要是指混凝土在凍脹的過程中會受到地基豎直向下的壓力限制，這樣就會導(dǎo)致其對地基施加豎直向上的凍脹力。

1.1.2 水平凍脹力

水平凍脹力是因為建筑物的地基側(cè)面或擋土墻發(fā)生凍脹，在其不斷凍脹的過程中就會向兩側(cè)延伸，而這樣就會導(dǎo)致側(cè)面的擋土受到其向兩側(cè)伸展的壓力。

1.1.3 切向凍脹力

水工建筑物中的橋墩和物樁基礎(chǔ)等周圍的地基土出現(xiàn)凍脹時，會導(dǎo)致其被橋墩和物樁限制，這樣就會導(dǎo)致發(fā)生凍脹的土壤對橋墩和物樁施加一個向上的斜向壓力，成為切向凍脹力。

1.2 冰壓力導(dǎo)致的凍害

中小型水工建筑物中存在的冰壓力主要有動冰壓力和靜冰壓力，其中動冰壓力主要是指流動的冰塊對水工建筑造成的沖擊壓力，導(dǎo)致建筑物受到擠壓和剪切等破壞。靜冰壓力是指冰層因溫度升高而出現(xiàn)內(nèi)部膨脹，由于冰層處于地基之下，因此在其內(nèi)部膨脹不斷擴大的過程中會導(dǎo)致冰蓋不斷向上運動，這樣將會導(dǎo)致混凝土板被凝結(jié)于一處，并且會因為冰蓋的擠壓而出現(xiàn)斷裂和彎曲等現(xiàn)象。

1.3 蠕動變形

在水工建筑物地基所處環(huán)境的溫度降到零下時，會導(dǎo)致凍土的冰體出現(xiàn)變形的情況，其中最常見的是冰體的體積不斷減少。而這樣就會導(dǎo)致冰體因壓力不斷增加而出現(xiàn)冰點下降并融化的現(xiàn)象，最終會因流動而對地基土造成嚴重影響。

1.4 凍融現(xiàn)象

在負溫下出現(xiàn)凍結(jié)的情況并在溫度升高后出現(xiàn)融化的現(xiàn)象就稱為凍融，水工建筑中凍融現(xiàn)象經(jīng)常反復(fù)出現(xiàn)。正是因為凍融現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，水工建筑就會很容易被破壞。其中最明顯的是處于水位變化區(qū)域內(nèi)的混凝土表面，這主要是因為在發(fā)生凍結(jié)時會導(dǎo)致其體積膨脹，而在融化后冰水流到混凝土之外，這樣就會導(dǎo)致混凝土的形狀出現(xiàn)很大的變化，使得混凝土逐漸失去彈性。這樣就會導(dǎo)致混凝土中的鋼筋被腐蝕，并且會出現(xiàn)鋼筋外露的情況，導(dǎo)致水工建筑物遭到嚴重破壞。

1.5 設(shè)計階段導(dǎo)致的凍害

水工建筑物的設(shè)計需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進行，其中不僅要考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，還要考慮當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓?。而在實際的水工建筑物設(shè)計中，設(shè)計者經(jīng)常會忽視凍害的預(yù)防，片面強調(diào)工程的實用性與美觀性，導(dǎo)致其在建成后并不能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓?，從而出現(xiàn)凍害。

1.6 施工階段導(dǎo)致的凍害

施工階段是整個工程質(zhì)量控制的主要階段，其中施工方法和施工技術(shù)的使用將會對工程的質(zhì)量造成嚴重影響。而一些施工單位在開展水工建筑物施工的過程中為了控制施工進度而采用簡單易行的施工方法，從而影響水工建筑物建成后的安全性，尤其是因為施工材料的選擇不恰當(dāng)而導(dǎo)致水工建筑物很容易受到凍害影響。

2 水工建筑物凍害的防治策略

2.1 勘探環(huán)節(jié)的凍害防治方法

在中小型水工建筑物施工中，勘探環(huán)節(jié)顯得十分重要，其直接關(guān)系到水工建筑物能否順利建成。因此在開展勘探工作的時候必須高度重視，其中首先需要對土壤的各種物理性質(zhì)進行全面分析，并且對土壤的平均溫度進行測定，分析其在各個季節(jié)的最低溫度和最高溫度，并對當(dāng)?shù)氐膬鐾练植歼M行勘探。然后通過對勘探結(jié)果的分析與總結(jié)，制定相應(yīng)的防凍害策略。

2.2 設(shè)計階段的防凍害策略

2.2.1 換回填土

設(shè)計人員需要根據(jù)建設(shè)的級別要求、建筑所在地的日照條件和遮陰水平等對設(shè)計深度、基礎(chǔ)深度和土壤凍脹量進行計算。同時，在設(shè)計的過程中還要對基礎(chǔ)深度和凍脹力的降低因素、基礎(chǔ)換土和回填土的降低因素進行考慮。其中在對不同級別置換凍脹土地基進行設(shè)計時，要根據(jù)實際情況確定是否需要選擇有凍脹性的土壤，并且要根據(jù)實際情況對在置換材料與原狀土壤之間安放過濾層，同時按照要求對排水條件進行設(shè)計。

2.2.2 排水設(shè)計

在水工建筑物所在地的土壤含水量超出凍脹的起始含水量時，必須要對土壤中的水分進行排除，并且要對其它來源進入土壤的水量進行控制，其中主要是設(shè)計相應(yīng)的排水孔。對渠道線路進行設(shè)計時要盡量避免地下水造成的破壞，其中主要是在溝渠旁邊種植樹木，從而讓土壤的水含量得到控制。

2.2.3 保溫措施

在進行水工建筑物設(shè)計的時候，還要根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的保溫措施。其中常用的是水保溫方式，其主要是利用水的強大比熱容來完成對土壤的保溫。在不能采用水保溫方法的時候，要采用稻草填堵進行保溫，其主要是利用稻草的保溫作用完成對土壤的保護。

2.2.4 隔離措施

在水工建筑物所在地處于凍土較多的區(qū)域時，需要對水工建筑物的地基進行隔離，以此來減少水工建筑受到的凍害。其中主要是使用隔水層完成對水分的隔離，從而避免水分進入地基土后出現(xiàn)凍害。隔水層的材料一般采用瀝青，并且要使用水泥砂漿將擋土墻背后抹平以保持其光滑，從而讓地基土與基礎(chǔ)外壁間的凍結(jié)力被有效降低。

2.2.5 建筑結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計

在對水工建筑物進行設(shè)計的時候，還要對建筑物的結(jié)構(gòu)形式進行考慮。其中主要是根據(jù)建筑物的實際作用確定其受力特點，然后對建筑物與凍土的接觸面積進行控制，盡量讓其接觸面減小，并對基礎(chǔ)單元剛度等結(jié)構(gòu)和布局進行設(shè)計。

2.2.6 施工過程中的防凍害策略

在開展水工建筑物施工的過程中，要對環(huán)境溫度進行密切關(guān)注，在溫度低于3℃時，要避免開展重要建筑結(jié)構(gòu)的混凝土施工，避免施工完成后相應(yīng)結(jié)構(gòu)不能滿足防凍害要求。對于嚴寒地區(qū)的水工建筑施工，要采取相應(yīng)的保溫措施，并且要對施工材料進行嚴格挑選，確保建筑施工完成后能夠滿足抗凍害要求。

2.3 水工建筑物運行管理中的防凍害策略

在對中小型水工建筑物進行管理的過程中，管理人員要重視定期檢查工作，盡量按照相關(guān)標準對建筑物存在的問題進行全面分析，然后根據(jù)分析結(jié)果制定相應(yīng)的防凍害策略。同時，在管理水工建筑物的過程中要提前制定凍害補救措施，從而確保在凍害發(fā)生時能夠第一時間將其解決，保證水工建筑物能夠正常運行。

3 結(jié)語

中小型水工建筑物是水利系統(tǒng)中的重要組成部分，其直接關(guān)系到社會經(jīng)濟的發(fā)展，并且關(guān)系到人民的生命財產(chǎn)安全。根據(jù)目前的情況來看，我國的中小型水工建筑中有很多存在凍害現(xiàn)象，導(dǎo)致水工建筑不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，影響水利工程的正常運行。因此在不斷發(fā)展的過程中必須要對中小型水工建筑物凍害進行有效的預(yù)防和治理，讓水利工程在社會經(jīng)濟中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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TV698.26

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1673-8853（2017）07-0083-02

2017-05-08

編輯：劉青

王樂（1985-），男，漢族，工程師，主要研究方向為水工建筑物、節(jié)水灌溉。