□王樂(lè)

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）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(lè)

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guó)基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，其不僅關(guān)系到我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更關(guān)系到我國(guó)的國(guó)計(jì)民生。中小型水工建筑是水利工程建設(shè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其會(huì)對(duì)水利工程的實(shí)用性造成直接的影響。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，中小型水工建筑物的數(shù)量相對(duì)較多，這主要是因?yàn)槲覈?guó)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(shí)際使用情況來(lái)看，其經(jīng)常會(huì)因?yàn)閮龊Χ荒馨l(fā)揮應(yīng)有的作用，對(duì)我國(guó)水利工程正常功能的發(fā)揮造成嚴(yán)重影響。文章針對(duì)我國(guó)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(lái)我國(guó)在水利工程建設(shè)中的投入越來(lái)越多，通過(guò)這樣的方式讓我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(wèn)題。但根據(jù)我國(guó)中小型水利工程的運(yùn)行現(xiàn)狀，其中有很多中小型水工建筑物存在凍害問(wèn)題，導(dǎo)致水利工程的正常運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。這不僅會(huì)導(dǎo)致水利工程所在地的群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全受到威脅，還會(huì)導(dǎo)致我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)受到嚴(yán)重影響，對(duì)我國(guó)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展極為不利。因此，在對(duì)中小型水利工程進(jìn)行管理和建設(shè)的過(guò)程中，有效解決其水工建筑物的凍害問(wèn)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(guò)低而凍結(jié)時(shí)，土壤中含有的水分會(huì)凍結(jié)成冰塊，這些冰塊會(huì)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(shí)就會(huì)產(chǎn)生凍脹力。根據(jù)建筑物的實(shí)際勘查，凍脹力對(duì)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(guò)程中會(huì)受到地基豎直向下的壓力限制，這樣就會(huì)導(dǎo)致其對(duì)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?yàn)榻ㄖ锏牡鼗鶄?cè)面或擋土墻發(fā)生凍脹，在其不斷凍脹的過(guò)程中就會(huì)向兩側(cè)延伸，而這樣就會(huì)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?chē)牡鼗脸霈F(xiàn)凍脹時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其被橋墩和物樁限制，這樣就會(huì)導(dǎo)致發(fā)生凍脹的土壤對(duì)橋墩和物樁施加一個(gè)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(dòng)冰壓力和靜冰壓力，其中動(dòng)冰壓力主要是指流動(dòng)的冰塊對(duì)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(kuò)大的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致冰蓋不斷向上運(yùn)動(dòng)，這樣將會(huì)導(dǎo)致混凝土板被凝結(jié)于一處，并且會(huì)因?yàn)楸w的擠壓而出現(xiàn)斷裂和彎曲等現(xiàn)象。

1.3 蠕動(dòng)變形

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

1.4 凍融現(xiàn)象

在負(fù)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(chēng)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?yàn)閮鋈诂F(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，水工建筑就會(huì)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?yàn)樵诎l(fā)生凍結(jié)時(shí)會(huì)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(huì)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(huì)導(dǎo)致混凝土中的鋼筋被腐蝕，并且會(huì)出現(xiàn)鋼筋外露的情況，導(dǎo)致水工建筑物遭到嚴(yán)重破壞。

1.5 設(shè)計(jì)階段導(dǎo)致的凍害

水工建筑物的設(shè)計(jì)需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)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?shí)際的水工建筑物設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)忽視凍害的預(yù)防，片面強(qiáng)調(diào)工程的實(shí)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瑥亩霈F(xiàn)凍害。

1.6 施工階段導(dǎo)致的凍害

施工階段是整個(gè)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(huì)對(duì)工程的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。而一些施工單位在開(kāi)展水工建筑物施工的過(guò)程中為了控制施工進(jìn)度而采用簡(jiǎn)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?yàn)槭┕げ牧系倪x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(kāi)展勘探工作的時(shí)候必須高度重視，其中首先需要對(duì)土壤的各種物理性質(zhì)進(jìn)行全面分析，并且對(duì)土壤的平均溫度進(jìn)行測(cè)定，分析其在各個(gè)季節(jié)的最低溫度和最高溫度，并對(duì)當(dāng)?shù)氐膬鐾练植歼M(jìn)行勘探。然后通過(guò)對(duì)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(jì)階段的防凍害策略

2.2.1 換回填土

設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)建設(shè)的級(jí)別要求、建筑所在地的日照條件和遮陰水平等對(duì)設(shè)計(jì)深度、基礎(chǔ)深度和土壤凍脹量進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還要對(duì)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(jìn)行考慮。其中在對(duì)不同級(jí)別置換凍脹土地基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)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(shí)際情況對(duì)在置換材料與原狀土壤之間安放過(guò)濾層，同時(shí)按照要求對(duì)排水條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.2 排水設(shè)計(jì)

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(shí)，必須要對(duì)土壤中的水分進(jìn)行排除，并且要對(duì)其它來(lái)源進(jìn)入土壤的水量進(jìn)行控制，其中主要是設(shè)計(jì)相應(yīng)的排水孔。對(duì)渠道線(xiàn)路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)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(shù)木，從而讓土壤的水含量得到控制。

2.2.3 保溫措施

在進(jìn)行水工建筑物設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要根據(jù)實(shí)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(qiáng)大比熱容來(lái)完成對(duì)土壤的保溫。在不能采用水保溫方法的時(shí)候，要采用稻草填堵進(jìn)行保溫，其主要是利用稻草的保溫作用完成對(duì)土壤的保護(hù)。

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(shí)，需要對(duì)水工建筑物的地基進(jìn)行隔離，以此來(lái)減少水工建筑受到的凍害。其中主要是使用隔水層完成對(duì)水分的隔離，從而避免水分進(jìn)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(jì)

在對(duì)水工建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行考慮。其中主要是根據(jù)建筑物的實(shí)際作用確定其受力特點(diǎn)，然后對(duì)建筑物與凍土的接觸面積進(jìn)行控制，盡量讓其接觸面減小，并對(duì)基礎(chǔ)單元?jiǎng)偠鹊冉Y(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.6 施工過(guò)程中的防凍害策略

在開(kāi)展水工建筑物施工的過(guò)程中，要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行密切關(guān)注，在溫度低于3℃時(shí)，要避免開(kāi)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(mǎn)足防凍害要求。對(duì)于嚴(yán)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(duì)施工材料進(jìn)行嚴(yán)格挑選，確保建筑施工完成后能夠滿(mǎn)足抗凍害要求。

2.3 水工建筑物運(yùn)行管理中的防凍害策略

在對(duì)中小型水工建筑物進(jìn)行管理的過(guò)程中，管理人員要重視定期檢查工作，盡量按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑物存在的問(wèn)題進(jìn)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(shí)，在管理水工建筑物的過(guò)程中要提前制定凍害補(bǔ)救措施，從而確保在凍害發(fā)生時(shí)能夠第一時(shí)間將其解決，保證水工建筑物能夠正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)目前的情況來(lái)看，我國(guó)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(yùn)行。因此在不斷發(fā)展的過(guò)程中必須要對(duì)中小型水工建筑物凍害進(jìn)行有效的預(yù)防和治理，讓水利工程在社會(huì)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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1673-8853（2017）07-0083-02

2017-05-08

編輯：劉青

王樂(lè)（1985-），男，漢族，工程師，主要研究方向?yàn)樗そㄖ铩⒐?jié)水灌溉。