加強(qiáng)灌區(qū)水工建筑物防凍害措施的探究

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水工建筑物的凍害實(shí)質(zhì)是凍脹破壞，一般簡(jiǎn)稱(chēng)凍害。主要產(chǎn)生原因是水工建筑物的基礎(chǔ)土質(zhì)，在自然條件下凍結(jié)，產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象，導(dǎo)致水工建筑物發(fā)生不同程度的破壞。引發(fā)凍害的外界因素主要是氣溫過(guò)低，土質(zhì)問(wèn)題以及外界載荷壓迫等。由于較細(xì)土粒和混凝土孔隙一樣，在存在水分時(shí)氣溫下降到一定程度就會(huì)發(fā)生結(jié)冰，從而出現(xiàn)凍脹和結(jié)冰壓力。這種地基土的凍脹現(xiàn)象一旦發(fā)生，灌區(qū)水工建筑物的水閘和溢洪道底板將會(huì)被擠壓隆起甚至裂開(kāi)。而當(dāng)混凝土孔隙發(fā)生凍結(jié)后，冰與水的融化交替作用會(huì)導(dǎo)致混凝土土層嚴(yán)重剝落和潤(rùn)蝕。而水庫(kù)中產(chǎn)生的結(jié)冰壓力還有解凍產(chǎn)生的碎冰相互撞擊，將嚴(yán)重破壞灌區(qū)堤壩，造成水塔等水工建筑物的橋墩歪斜甚至斷裂。尤其是我國(guó)東北地區(qū)、華北地區(qū)以及西北地區(qū)，由于存在季節(jié)性的凍土，導(dǎo)致灌區(qū)水工建筑物的凍害現(xiàn)象非常嚴(yán)重，因此本文首先分析灌區(qū)水工建筑物凍害的產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)解決措施。

1 水工建筑物凍害的原因

灌區(qū)水工建筑物的凍害形成原因一般主要有兩個(gè)部分，即內(nèi)因和外因。凍害形成的內(nèi)因主要是，水工建筑物的地基土發(fā)生凍脹或融沉以及長(zhǎng)期冰凍，兼有凍融循環(huán)過(guò)程的自然現(xiàn)象所導(dǎo)致的破壞。而水工建筑物凍害產(chǎn)生的外因是其設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題，一般表現(xiàn)為施工人員方法不當(dāng)，或者工程管理人員工作不到位而導(dǎo)致水工建筑后期的凍害問(wèn)題。水工建筑物不同因其類(lèi)型不同受凍脹破壞的形式也就不同，凍脹問(wèn)題出現(xiàn)的類(lèi)型也會(huì)不一樣。水工建筑物凍脹的破壞類(lèi)型不多，主要表現(xiàn)在灌區(qū)渠道內(nèi)部的一些襯砌和護(hù)坡水泥板，橋樁或橋墩等基礎(chǔ)構(gòu)造，水工建筑的板型基礎(chǔ)和擋土墻設(shè)施。具體的灌區(qū)水工建筑物破壞原因有以下幾個(gè)方面:

灌區(qū)水工建筑物在地基土的發(fā)生凍脹時(shí)，會(huì)出現(xiàn)破壞。由于地基土中存在一定的水分，水在凍結(jié)成冰情況下，會(huì)產(chǎn)生一種凝結(jié)力，而且水變成冰體積會(huì)發(fā)生膨脹，凍土就會(huì)對(duì)地基產(chǎn)生凍脹作用。尤其在建筑物凍脹產(chǎn)生不均勻作用的情況下，一定程度上凍脹力會(huì)導(dǎo)致水工建筑物的形體破壞，主要表現(xiàn)在建筑物產(chǎn)生不允許變形和穩(wěn)定性消失，這就是灌區(qū)水工建筑物在凍土區(qū)產(chǎn)生凍害的主要原因。

灌區(qū)水工建筑物的地基土發(fā)生融沉?xí)r導(dǎo)致破壞。凍土區(qū)土層中存在著多種結(jié)構(gòu)的冰，這些不同結(jié)構(gòu)的冰在融化時(shí)，體積會(huì)發(fā)生縮小，當(dāng)?shù)鼗链嬖诳障稌r(shí)，土由于自重或外荷載作用會(huì)順著空隙隨水排出，地基土的這種不斷壓縮下沉，使得水工建筑物各部分結(jié)構(gòu)的地基土出現(xiàn)問(wèn)題，其土質(zhì)和含水量會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻，還會(huì)發(fā)生不同深度的融化，以及不均勻的土層沉降，當(dāng)土層沉降量超出水工建筑物允許變形范圍時(shí)，建筑物就會(huì)出現(xiàn)破壞。由于而且這種融沉作用導(dǎo)致的灌區(qū)水工建筑物破壞情況是比較頻繁的。

灌區(qū)水工建筑物施工時(shí)，工人的不正確的施工也會(huì)造成建筑物嚴(yán)重的凍害破壞。當(dāng)由漿砌石建造的擋土墻內(nèi)灌漿不足時(shí)，擋土墻的墻背不夠平整，不進(jìn)行勾縫就會(huì)容易掛霜或者結(jié)露甚至形成冰楔，從而導(dǎo)致不規(guī)則的裂縫。尤其冬季施工時(shí)，不合理操作會(huì)加大墻的凍深，造成工程產(chǎn)生凍脹作用出現(xiàn)破壞。

2 灌區(qū)水工建筑物凍脹的危害

灌區(qū)水工建筑物凍脹問(wèn)題直接影響到建筑物的使用性能，還會(huì)致使國(guó)家每年用于維修這類(lèi)建筑物，耗費(fèi)大量財(cái)力物力和人力，最嚴(yán)重的后果是會(huì)影響到灌區(qū)安全過(guò)水，甚至導(dǎo)致渠道不能再投入使用，為灌區(qū)建筑物帶來(lái)了諸多不便。尤其在灌區(qū)水工建筑物所在地區(qū)，需要灌溉期間，更是帶來(lái)很大麻煩，整個(gè)渠道系統(tǒng)和建筑結(jié)構(gòu)都在使用過(guò)程中，都有一定的水流狀態(tài)。再加上各地的土質(zhì)和地質(zhì)情況不同，對(duì)于凍土區(qū)，水工建筑物一旦出現(xiàn)問(wèn)題，將造成很大程度的破壞。如果存在多年的循環(huán)凍融，水工建筑物還會(huì)出現(xiàn)破壞或因地基不均勻而整體沉陷，帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)灌區(qū)水工建筑物的凍害處理不當(dāng)，不但要消耗大量的人力物力以及財(cái)力，對(duì)于該灌區(qū)所現(xiàn)在地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也將產(chǎn)生巨大影響。

3 構(gòu)造物凍害防治措施

水工建筑物所在地的地下水位一般要求較高，而普遍存在設(shè)計(jì)抗凍強(qiáng)度較低的問(wèn)題，而工程位置一般不宜改變，所以導(dǎo)致凍害防治比較難實(shí)現(xiàn)。目前防治水工建筑物的基礎(chǔ)凍害措施已有不少，對(duì)于加強(qiáng)水工建筑物的結(jié)構(gòu)性能也有一定要求，為此本文有以下具體方案，為解決凍害問(wèn)題提供幫助:

首先是提高設(shè)計(jì)方面的措施，這對(duì)于灌區(qū)水工建筑物的施工有很大幫助。首先設(shè)計(jì)人員要查明水工建筑的基本資料，還要調(diào)查該灌區(qū)水工建筑所在地的土質(zhì)，地貌和地下水情況，利用科學(xué)的蜀軍判斷該地區(qū)土質(zhì)的凍脹等級(jí)。并現(xiàn)場(chǎng)勘察地下水位的埋深和流向的變化情況，準(zhǔn)確判斷觀察地表水和灌區(qū)的排水出路。對(duì)于所在地的氣溫以及降雪量和凍深等有關(guān)地理特性，也要仔細(xì)研究便于確定合理的建筑地基埋深。還有設(shè)計(jì)人員要收集材料，盡量保證結(jié)構(gòu)的平面尺寸最小化，使得結(jié)構(gòu)密度加大。對(duì)于結(jié)構(gòu)材料要選用剛度和強(qiáng)度較大的，以確保能夠抵抗不均勻凍脹產(chǎn)生的負(fù)荷壓力，從而導(dǎo)致水工建筑的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。除了材料的強(qiáng)度和剛度要求要符合建筑要求外，材料穩(wěn)定性和防滲透能力也相當(dāng)重要，在考慮外界壓力為凍脹力時(shí)，對(duì)于材料的強(qiáng)度穩(wěn)定性等要進(jìn)行校核分析，以保證材料選擇的合理與科學(xué)。

灌區(qū)水工建筑物的板形基礎(chǔ)在建筑結(jié)構(gòu)性中，也占有一定地位，在防凍害時(shí)也必須采取一定措施。一旦板形的基礎(chǔ)不能符合建筑抗凍脹的規(guī)定時(shí)，要選用抗凍脹的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或工程措施。在板型基礎(chǔ)的抗凍脹研究中，大多選用結(jié)構(gòu)措施，常見(jiàn)的灌區(qū)水工建筑會(huì)采用一字閘，和篩網(wǎng)消能工。一定情況下配有錨固底板和反拱底板等結(jié)構(gòu)建筑。抗凍脹的工程措施，一般不是很常見(jiàn)，只有當(dāng)環(huán)境條件不允許或結(jié)構(gòu)措施經(jīng)費(fèi)使用較大時(shí)才會(huì)動(dòng)用。常見(jiàn)的灌區(qū)水工建筑的工程措施是用非凍脹性土置換所在地的地基土，或用土工模將所在地的地基土分層，然后進(jìn)行包裹封閉，通常必須對(duì)地基進(jìn)行壓密。最主要的工程措施是設(shè)置排水結(jié)構(gòu)，一定的排水措施會(huì)對(duì)建筑有很大作用。

擋土墻凍害防治措施，在水工建筑物的防凍害措施中也是不可替代的。尤其對(duì)不能符合抗凍脹要求時(shí)，擋土墻要注意采用對(duì)凍脹變形程度有要求的結(jié)構(gòu)型式。擋土墻的迎土面一般要平整光滑，還要考慮擋土墻保溫問(wèn)題對(duì)建筑的影響。并設(shè)置一定的排水孔，以確保擋土墻有一定的防護(hù)功能，從而為灌區(qū)水工建筑的防凍害措施提供便利。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)際的防凍害工程中，應(yīng)注意做好資料收集，對(duì)所在地的地基土脹規(guī)律及建筑物的重要程度材料進(jìn)行整理分析，然后制定合理的防凍害設(shè)計(jì)方案，用本文所述的各種防治凍害方法進(jìn)行施工。綜合采用各種措施有助于達(dá)到更理想的灌區(qū)水工建筑的防凍害效果。

［1］鄭文群．水工建筑凍害措施探討［J］．商品與質(zhì)量，2010(16):120-121．

［2］段志軍．渠道及其建筑物凍害原因分析［J］．內(nèi)蒙古水利，2012(11):60-61．