寒冷地區(qū)水工建筑物的凍害與防治研究論文

　　我國北方地區(qū)都屬于季節(jié)性凍土區(qū)，其地基土具有凍結(jié)時膨脹變形，解凍時融沉變形的特點。因而，修建在此類型地基土上的建筑物存在著不同程度的凍害問題，如一些水利工程建筑物變形，出現(xiàn)裂縫，傾斜繼而倒塌。凍害的產(chǎn)生原因既有內(nèi)因也有外因，地基土的凍脹、融沉、冰凍及長期凍融循環(huán)等自然規(guī)律產(chǎn)生的破壞作用屬于內(nèi)因;設計不合理、施工技術不正確和工程管理不好等人為因素是造成水工建筑物凍害的外因。筆者主要針對外因進行分析后總結(jié)其特點，并提出針對其特點的行之有效的防治措施。

　　1 水工建筑物的凍脹破壞種類及防治

　　凍脹是指土在凍結(jié)過程中，其內(nèi)部水分凍結(jié)成冰，從而形成冰層、水透鏡體、多晶體冰晶等一系列入侵冰，引起土顆粒之間發(fā)生相對位移，土體產(chǎn)生程度不同的膨脹現(xiàn)象。當發(fā)生嚴重的凍脹時，地表會出現(xiàn)冰凍裂縫、隆崗和凍脹丘等。由于水利工程建筑物在凍土中基礎形式的位置不同，承受的凍脹力也是不同的，基礎構(gòu)造物所受到的凍脹力是單一的或綜合的。出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象有以下幾種：現(xiàn)澆砼板在受凍后脹裂形成大面積裂縫，或板縫發(fā)生錯動;在冬季入凍后，小型水閘閘室在凍脹后的上抬位移不均勻，導致底板出現(xiàn)裂縫和閘體傾斜;擋土墻受凍脹發(fā)生前傾、折斷等;水工建筑物的邊坡隔墻由于凍脹會上抬，上部產(chǎn)生裂縫;涵管進出口端的墻頂部由于凍脹產(chǎn)生裂縫;混凝土預制板砌的渠道、邊坡、渠底受凍而不規(guī)則隆起，繼而錯位下滑;水閘上下游扭坡凍脹產(chǎn)生橫縱向裂縫。

　　應用較為廣泛而簡單的防治方法是換填法，主要是用一些凍脹性弱或非凍脹性的材料如砂、礫石等置換凍脹性土，從而減弱或大體消除基土的凍脹，簡而言之就是用換土、鋪墊層等來防治凍害。在采用換填法時，還需根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點、運用條件、地基的土質(zhì)情況、地下水位等，來確定適當?shù)膿Q填、墊層厚度。

　　2 水工建筑物的凍融破壞種類及防治

　　寒冷地區(qū)或者高海拔地區(qū)混凝土建筑物常見的凍害形式之一就是凍融破壞，是混凝土建筑物的一種老化特征和主要病害，嚴重威脅水工建筑物的正常運行。已硬化的混凝土在浸水飽和或潮濕的狀態(tài)下，由于溫度正負交替變化(氣溫或水位升降)，混凝土內(nèi)部孔隙水形成凍結(jié)膨脹壓、滲透壓以及水中鹽類結(jié)晶壓等，產(chǎn)生疲勞應力，造成混凝土由表及里逐漸剝蝕的破壞現(xiàn)象稱為凍融破壞。造成混凝土凍融破壞的必要條件主要是混凝土的飽和水分條件、負氣溫和頻繁的氣溫正負變化及混凝土的凍融循環(huán)，還有各種原因?qū)е碌幕炷�土抗凍能力降低及工程管理不善和養(yǎng)護維修不利。破壞形式有表層剝蝕，深層陳脹破壞，冰凍裂縫等。

　　制定合理有效的凍融破壞防治措施可以從幾個方面考慮：合理確定混凝土抗凍標號;嚴格控制混凝土的水灰比，提高混凝土密實性;選擇質(zhì)量過關的優(yōu)質(zhì)水泥和骨料;加強施工中的質(zhì)量監(jiān)督檢測，嚴格規(guī)范施工及時修改設計上的缺陷;加強工程運行管理，改善建筑物混凝土構(gòu)建周圍的環(huán)境條件，減少或消除使混凝土凍融的條件。

　　3 水工建筑物的冰凍破壞種類及防治

　　根據(jù)冰凍破壞產(chǎn)生原因一般可分為以下 3 種。

　　3.1 冰拔破壞

　　當冰層和護坡破壞一起發(fā)生時，水庫的水位上升，護坡板(塊)、齒墻等會被拔起，繼而旋轉(zhuǎn)、松動。水庫的水位下降時，冰塊與護坡會凍結(jié)到一起，護坡就會受到由于冰面下降所產(chǎn)生的彎矩，則護坡板會翹起，同時齒墻會向庫內(nèi)傾斜。水庫內(nèi)的水位下降得愈快，則冰拔現(xiàn)象會愈嚴重，尤其在護坡板 (塊 ) 的尺寸是很小時，表面為粗糙且整體性相對差的預制板、塊石護坡等時冰撥破壞則更為嚴重。

　　3.2 冰推破壞

　　水庫內(nèi)水位由于冰凍產(chǎn)生的變化不大時，土壩的護坡會因為冰層的膨脹所產(chǎn)生的靜冰壓力被推起，如此產(chǎn)生冰推破壞。我國較寒冷的地區(qū)如東北、西北，這些嚴寒地區(qū)的大部分水庫，都有冰推破壞現(xiàn)象的存在。影響冰推破壞的有關因素分別是壩坡土凍脹壓力的大小和護坡結(jié)構(gòu)形式。當壩坡間與冰層之間的冰推力大于壩坡抗冰推的強度時，護坡就會被破壞。反之，壩坡與冰層之間的動結(jié)力小于壩坡抗冰推的強度時，冰凍結(jié)面就會剪開，冰層繼而順坡延伸，形成了爬坡，護坡在此時不會有大面積破壞產(chǎn)生。

　　3.3 凍冰沖擊破壞

　　主要發(fā)生在開春解凍時，水庫內(nèi)水凍裂成塊，由于風力和水力作用，向壩坡涌進，導致大量凍裂冰塊補推使上壩坡高度超過壩頂，壩坡和水庫防浪墻受到?jīng)_擊而破壞。

　　一般而言對已建工程可采取的防凍措施有：防止建筑物周邊存水結(jié)冰，調(diào)節(jié)水位高低，壓力充氣、充水，熱風法，電熱法，熱水法;在結(jié)構(gòu)和管理上加強防護，應選擇有較好抗凍性的石料，施工時保證石料的咬緊度，同時注意護坡的厚度以及石料塊徑大小，這些都需要通過抗凍計算來確定;合理確定建筑物的位置和布置。

　　4 總結(jié)

　　適合我國北方地區(qū)防止水工建筑物遭受凍害破壞的措施還有很多，然而要根據(jù)具體情況因地制宜的采用防治措施。筆者只是在這里進行了分析歸納，總結(jié)了部分防治措施。實際中，防止建筑物遭受凍害的技術措施還需和建筑物的結(jié)構(gòu)、防滲等結(jié)合起來綜合考慮，既防凍害，又增加建筑物的效能，這樣較為理想。

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