關(guān)于北部地區(qū)水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹破壞的因素和采取的措施

【摘要】針對(duì)這些水電工程襯砌渠道及建筑物應(yīng)采取什么樣的防凍脹措施才能經(jīng)濟(jì)、合理而有效地防止凍脹破壞是亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，本文通過(guò)兩方面來(lái)進(jìn)行分析：①水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹的主要影響因素；②防凍脹結(jié)構(gòu)措施。

【關(guān)鍵詞】北部地區(qū)；渠道及建筑物；凍脹破壞；因素和措施

我國(guó)西北、華北及東北地區(qū)，約513.7萬(wàn)㎞2，占國(guó)土面積的53.5%。平均氣溫都在-10℃以下，最大的凍土深度在0.8-18m之間，冰凍期長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月之久，因此，水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹破壞是我國(guó)北部地區(qū)普遍存在的問(wèn)題。經(jīng)調(diào)查，建筑物中的12%遭受嚴(yán)重凍脹破壞，48.6%的遭受輕微嚴(yán)重凍脹破壞，嚴(yán)重影響了水電工程襯砌渠道及建筑物的安全的和使用，使工程效益不能充分發(fā)揮，浪費(fèi)了大的人力的物力。對(duì)于這些水電工程襯砌渠道及建筑物應(yīng)采取什么樣的防凍措施才能經(jīng)濟(jì)、合理而有效的防止凍脹破壞是北部地區(qū)水電工程渠道及建筑物所面臨的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，是值得我們研究和探討的。

1、水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹的主要影響因素

1.1 土粒組成對(duì)襯砌渠道及建筑物土估的破壞

北部地區(qū)水電工程襯砌渠道及建筑物是否產(chǎn)生凍脹主要取決于土顆粒的大小，不同的土顆粒影響水電工程襯砌渠及建筑物凍脹的程度也不同，一般壤土地基較輕，粘土地基嚴(yán)重，按粒徑組成可劃公為非凍脹性土和凍脹性土。非凍脹性土之所以不產(chǎn)生凍脹是因?yàn)橥令w粒間隙大，存在網(wǎng)體，水易滲透，土體中無(wú)停留水，凍脹性土之所以凍脹是因?yàn)橥令w粒間隙小，基表面積大，不存在滲水網(wǎng)體，與水相互作用的能量也相對(duì)增大，使土體中的毛細(xì)水不易滲透，停留在土體中，低溫下結(jié)冰膨脹而產(chǎn)生凍脹。

1.2 水對(duì)襯砌渠道及建筑物土體的凍脹

土體中的水份的多少是引起土體凍脹的主要因素之一，地下水位低的部位較輕，地下水位高的部位嚴(yán)重，地表土體中的水分主要來(lái)自降水、灌溉水和地下水的補(bǔ)給，即可達(dá)到土體凍脹的目的。

1.3 氣溫對(duì)襯砌渠道及建筑物土體的凍脹

土體的凍結(jié)過(guò)程，實(shí)際上是土體中溫度的變化過(guò)程，氣溫是水電工程襯砌渠道及建筑物產(chǎn)生凍脹破壞的先決條件，在凍土地區(qū)是不可抗拒的，對(duì)于工程建筑中防凍脹的措施是對(duì)主凍脹帶邊界條件下進(jìn)行處理、置換，使水電工程襯砌渠道及建筑物在低溫情況下不發(fā)生凍脹破壞，從而達(dá)到防凍脹的目的。

1.4 渠道坡面及建筑物的朝向不同，造成渠道坡面及建筑物斷面上各部位的凍脹也各有差異，一般南北走向的渠道及建筑物陰面比陽(yáng)面凍脹深度大些，特別是對(duì)于東西走向的渠道及建筑物陰面比陽(yáng)面凍脹的深度還要更大些。

1.5 在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)凍脹微害的作用用考慮不夠充分。造成工程建成后，砌縫與砌縫之間、溫度縫和施工面之間、砼、勾縫砂漿脫落，使土體含水量增大，從而增加了對(duì)土體的凍脹程度，造成水電工程襯砌渠道及水工建筑物的凍脹錯(cuò)位。

1.6 工程建設(shè)受季節(jié)性因素影響引起的凍脹，特別是秋收后襯砌的一部分渠道及建筑物由于砼還未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求就受到凍脹破壞，更嚴(yán)重的是還有一部分渠道襯砌及建筑物在初凝期就進(jìn)行通水運(yùn)行，有些甚至是在-18℃—-8℃氣溫下進(jìn)行。停水后，含水量完全飽和，使土體結(jié)冰膨脹而產(chǎn)生凍脹破壞。

2、防凍脹結(jié)構(gòu)措施

2.1 消減影響土體凍脹的因素

季節(jié)凍土的凍脹是受凍土中的顆粒組織水分、負(fù)氣溫土體密度等因素綜合作用的結(jié)果。當(dāng)其中一項(xiàng)影響改變，則可達(dá)到消減或不產(chǎn)生土體凍脹的目的。

2.2 嚴(yán)格控制水電工程襯砌渠道及建筑物的防凍脹指標(biāo)

水電工程襯砌渠道及建筑物的凍害，主要是因?yàn)榍餐羶雒浽斐梢r砌體過(guò)大的變位所形成，故選擇凍脹移位量為水電工程襯砌渠道凍脹的控制指標(biāo)。

2.3 水電工程襯砌渠道及建筑物的地基凍脹量大于允許位移值時(shí)，根據(jù)其位移值大小，調(diào)整結(jié)構(gòu)按控制指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.1 當(dāng)渠道的凍脹位移值在2倍允許凍脹位移之內(nèi)時(shí)，且渠床上凍脹性屬類及其以下凍脹類別的渠道，宜采用下列襯砌結(jié)構(gòu)。

2.3.2 梯形砼襯砌渠道，可采用架空肋梁板或預(yù)制空心，板式結(jié)構(gòu)。

2.3.3 采用整體式砼U型槽襯砌，圓弧上部直線段采用小于1：0.2的斜坡，斜坡長(zhǎng)度不大于0.5m。

2.3.4 采用弧形斷面或弧底梯形斷面。寬淺渠道應(yīng)用弧形坡腳梯形斷面。

2.4 當(dāng)渠床上凍脹性屬類及其以上的渠道，宜采用下列襯砌結(jié)構(gòu)：

2.4.1 渠道不超過(guò)1.5m的寬淺渠道，宜用矩形斷面，渠岸用擋土墻式結(jié)構(gòu)，渠底用平板結(jié)構(gòu)。

2.4.2 小型渠道采用地表式整體砼U型槽或矩形槽，槽底按置換措施要求設(shè)置非凍脹性土置換層，槽側(cè)回填高度應(yīng)于槽深的1/3。

2.4.3 中小型渠道采用樁、墩等基礎(chǔ)支撐輸水槽體與基土脫離。樁、墩的允許凍拔量為零。也可采用暗渠或暗管輸水。

2.4.4 大、中型渠道應(yīng)結(jié)合壓實(shí)、置換、隔水、排水、保溫等工程措施。

結(jié)束語(yǔ)：

工程竣工后，在水電工程襯砌渠道及建筑物的堤岸植樹，用生物排水法降低襯砌渠基土壤水分，對(duì)抑制工程運(yùn)用中基土凍脹量的產(chǎn)生，起到了較好的作用。

作者簡(jiǎn)介：楊友軍，男，臨澤縣小屯水利管理所工程師，多年從事灌區(qū)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工及管理工作。