水工建筑物凍害分析及防治措施分析探討

任玉平+趙立志

摘要：在氣候相對(duì)較冷的北方地帶，凍害現(xiàn)象體現(xiàn)為較高的頻率，尤其是針對(duì)水工建筑物。水工建筑物一旦遭受了凍害，則會(huì)存在較大可能出現(xiàn)受凍膨脹或是其他不良現(xiàn)象。從現(xiàn)狀來(lái)看，水工建筑中的多數(shù)都設(shè)計(jì)成鋼混結(jié)構(gòu)，對(duì)此可以選擇預(yù)制式或者現(xiàn)澆式的兩種建筑物類型，而上述類型的水工建筑物通常都可能遭受凍害。受到凍害帶來(lái)的不良影響，水工建筑將會(huì)減損自身的綜合性能，同時(shí)也不利于延長(zhǎng)建筑物可以運(yùn)行的年限。為此針對(duì)各種類型的水工建筑物來(lái)講，應(yīng)當(dāng)探析引發(fā)凍害的根源；結(jié)合建筑物出現(xiàn)凍害的真實(shí)狀況，探求可行的防治對(duì)策。

關(guān)鍵詞：水工建筑物；凍害分析；防治措施

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.30.087

近些年以來(lái)，城鄉(xiāng)建筑行業(yè)的整體規(guī)模都在迅速擴(kuò)大；面對(duì)新的形勢(shì)，水工建筑物也逐漸受到了更多的關(guān)注。然而在實(shí)踐中，處在寒冷地帶的很多水工建筑物都有可能遭受較強(qiáng)的凍害。一旦出現(xiàn)了凍害，那么建筑物本身的結(jié)構(gòu)將會(huì)遭受減損，與之相應(yīng)的各種建筑構(gòu)件也可能出現(xiàn)裂痕或是凍脹等。究其根源，凍害現(xiàn)象通常來(lái)源于氣溫驟降、當(dāng)?shù)赝临|(zhì)不良或者外界荷載較高等。具體來(lái)講，細(xì)粒土與混凝土如果具備較大的孔隙度，或者水庫(kù)表層已經(jīng)出現(xiàn)了結(jié)冰現(xiàn)象，那么很有可能產(chǎn)生凍脹，建筑物因此而承受了過高的靜冰壓力。由此可見，凍害現(xiàn)象直接關(guān)系著水工建筑本身的安全與壽命等要素。在防控凍害的具體實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)遵照因地制宜的基本思路來(lái)實(shí)現(xiàn)全面推進(jìn)，針對(duì)不同類型的凍害特征都要選擇與之相適應(yīng)的防控手段。

1凍害產(chǎn)生的根源

從目前來(lái)看，水工建筑物如果遭受了來(lái)源于凍害的不良影響，那么很有可能減損建筑物本身的各項(xiàng)性能，同時(shí)也威脅到了建筑物的安全性。在嚴(yán)重情況下，遭受凍害威脅的水工建筑物還可能帶來(lái)人身傷害。具體來(lái)講，凍害產(chǎn)生的根本原因應(yīng)當(dāng)包含如下。

1.1冰凍產(chǎn)生的壓力

針對(duì)各種類型的水工建筑物來(lái)講，與之有關(guān)的凍害成因也是各異的。具體而言，建筑物本身如果承受了過重的冰壓力，那么將會(huì)引發(fā)凍害。冰壓力包含了動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的兩類冰壓力，在這其中，動(dòng)冰壓力指的是在流冰沖擊下的水工建筑遭受冰凍的損傷，此種冰壓力的根源在于擠壓與剪切力帶來(lái)的破壞。與之相比，靜態(tài)冰壓力特指受到溫升膨脹帶來(lái)的影響，冰層受到過大的壓力。這是因?yàn)椋鉁厝绻憩F(xiàn)為急劇上升的狀態(tài)，那么不斷升溫的冰層將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈爬坡的現(xiàn)象。在此種狀況下，凝結(jié)后的混凝土板將會(huì)變得更高，混凝土因此將會(huì)斷裂或者出現(xiàn)彎曲等。

1.2建筑物的凍融現(xiàn)象

水工建筑不能缺少地基土作為支撐，但在特殊狀況下，地基土出現(xiàn)了迅速降溫，以至于轉(zhuǎn)變?yōu)閮鐾?。受到冰體的作用力，地基土將會(huì)呈現(xiàn)迅速縮小的狀態(tài)，而與之相應(yīng)的土體壓力也將變得更小。一旦出現(xiàn)了上述狀況，那么外溫將會(huì)融化凍土，以至于整個(gè)土層都將呈現(xiàn)流動(dòng)的狀態(tài)。

建筑物本身如果處在外溫為零下的環(huán)境中，那么水工建筑將會(huì)結(jié)凍然后再次升溫，進(jìn)而導(dǎo)致了外層與內(nèi)層的融化，上述狀況構(gòu)成了凍融現(xiàn)象。如果出現(xiàn)了反復(fù)循環(huán)的凍融現(xiàn)象，那么整個(gè)建筑物都將遭受較強(qiáng)的外界破壞力?；炷帘韺尤绻艿搅俗兓坏挠绊?，則迅速膨脹的凍結(jié)建筑物就有可能出現(xiàn)膨脹，混凝土外側(cè)流出了融化后的水分。由此可見，凍融現(xiàn)象將會(huì)減損混凝土本身的堅(jiān)固性，建筑物不再具有彈性。在情況嚴(yán)重時(shí)，整個(gè)建筑物還會(huì)暴露鋼筋。惡性循環(huán)的凍脹現(xiàn)象很有可能損傷建筑物的整體結(jié)構(gòu)。

1.3受到凍脹力帶來(lái)的影響

受到低溫帶來(lái)的影響，地基土或者深層混凝土都將會(huì)呈現(xiàn)凍結(jié)狀態(tài)。在上述過程中，混凝土表層將會(huì)出現(xiàn)冰凍的凝固層，進(jìn)而構(gòu)成了較厚的冰晶體。如果凍脹力持續(xù)為較長(zhǎng)的時(shí)間，那么與之相應(yīng)的凍脹力也將迅速增大。對(duì)于整個(gè)的水工建筑物來(lái)講，凍脹力的具體方向也是各不相同的，一般都會(huì)涉及切向、水平走向以及豎直方向的凍脹作用力。因此可見，凍脹作用很可能損壞了整體性的建筑物構(gòu)造，進(jìn)而削減了建筑物的整體強(qiáng)度。從基本類型來(lái)看，凍脹作用通常包含了如下類型：

第一類為豎直方向的凍脹作用。受到凍脹過程帶來(lái)的影響，地基土將會(huì)對(duì)上側(cè)的混凝土構(gòu)成阻礙，此種作用力本身具有豎直向上的特征。如果涉及凍脹土層，那么埋深較淺的土層更有可能遭受上述的凍脹作用。豎直方向上的凍脹作用體現(xiàn)為最大程度的破壞性，進(jìn)而威脅到了整個(gè)建筑物本體的安全性。

第二類為水平凍脹作用。針對(duì)較小規(guī)模的水工建筑物，如果擋土墻或者側(cè)面的建筑墻體表現(xiàn)為凍脹現(xiàn)象，那么通常就會(huì)出現(xiàn)上述的水平作用力。具體來(lái)講，水平凍脹作用直接決定于墻后填土以及凍脹力度等各項(xiàng)要素。也就是說(shuō)，建筑物如果承受了相對(duì)較高的填土作用力，則會(huì)引發(fā)很嚴(yán)重的凍脹現(xiàn)象。

第三類為切向的凍脹作用。此類凍脹作用一般來(lái)講作用于樁基礎(chǔ)或者橋墩等位置。這是由于，周圍土層如果體現(xiàn)為很明顯的凍脹現(xiàn)象，則會(huì)呈現(xiàn)向上的基礎(chǔ)側(cè)面作用力。此外，建筑物基礎(chǔ)以及地基土之間也將會(huì)存在逆向的凍脹作用傳遞現(xiàn)象，上述現(xiàn)象構(gòu)成了傳遞凍脹力的平臺(tái)，加劇了凍脹現(xiàn)象。

2探求防治措施

2.1對(duì)于填土進(jìn)行換回處理

在水工建筑物的整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，可以視情況運(yùn)用換回填土的方式來(lái)防控凍害的發(fā)生。具體來(lái)講，換回填土的操作應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合整個(gè)建筑物的光照條件、遮陰程度以及建筑物級(jí)別，因地制宜選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)深度。除此以外，針對(duì)建筑物基礎(chǔ)具有的凍脹深度以及土層的凍脹量都不應(yīng)當(dāng)予以忽視。

具體在設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵應(yīng)當(dāng)落實(shí)于基礎(chǔ)深度、基礎(chǔ)換土與回填土等要素。在必要的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)控制于0.05毫米以內(nèi)的凍脹土層顆粒含量，確保不會(huì)超出6%的質(zhì)量比例。對(duì)于置換材料與原先的土層而言，應(yīng)當(dāng)把過濾層放置在二者中間的位置上，確保符合特定的排水條件。在特殊情況下，如果外移半米左右的置換物輪廓投影線，那么可以相應(yīng)減少85%左右的凍脹作用力。一般來(lái)講，可以限制于80%左右的置換深度。

2.2做好排水處理

某些情況下，水工建筑物本身含有相對(duì)較高的土層水量，土層中的含水比例甚至超過了初始的凍脹含水量。一旦出現(xiàn)了上述狀況，那么針對(duì)多余水分就要予以排除處理。具體在操作時(shí)，可以把排水孔布置在擋土墻的特定位置上，確保達(dá)到最基本的滲透半徑。為了消除地下水給整個(gè)建筑物帶來(lái)的威脅，還可以把柳樹或者楊樹栽植于溝渠兩側(cè)的位置上，在此前提下借助生物排水來(lái)發(fā)揮優(yōu)良的防治效應(yīng)。初期在進(jìn)行勘察時(shí)，就要密切關(guān)注土層本身的粒徑、含水量以及導(dǎo)熱性等參數(shù)，因地制宜運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆揽卮胧?/p>

2.3運(yùn)用適當(dāng)?shù)谋胤绞?/p>

為了從源頭上防治建筑物遭受凍害的不良影響，可以運(yùn)用水保溫或是其他的保溫措施。這是由于，結(jié)冰后的水將會(huì)釋放較高的熱能，因此有助于減輕凍害的干擾。如果選擇了回填的措施，則要運(yùn)用特定粒徑的砂礫來(lái)完成上述的處理，確保在虹吸管與回填層二者之間留出特定的距離，以便于順利實(shí)現(xiàn)后期的過水處理。如果涉及規(guī)模較小的水工建筑物，那么與之有關(guān)的保溫材料可以運(yùn)用聚乙烯的塑料板或者泡沫珍珠巖，運(yùn)用雙向鋪設(shè)的措施來(lái)鋪設(shè)上側(cè)的保溫層，慎防凍土的現(xiàn)象發(fā)生。

3結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過上述分析可知，水工建筑如果處在溫度相對(duì)較低的地區(qū)，則有可能遭受凍害帶來(lái)的損傷。在某些情況下，受到地基凍脹或者其他現(xiàn)象影響，水工建筑將會(huì)遭受膨脹破壞或是其他各種破壞，此種現(xiàn)狀將會(huì)減損建筑物的整體壽命，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)也會(huì)耗費(fèi)過高的資金與成本。因此可以得知，凍害防治應(yīng)當(dāng)構(gòu)成水工建筑物的核心與關(guān)鍵。在防治凍害的實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合凍脹力的基本特征來(lái)判斷凍害的根源。此外，針對(duì)水工建筑物的初期設(shè)計(jì)、建筑勘察、建筑施工、建筑運(yùn)行以及日常管理等各個(gè)流程都要強(qiáng)化監(jiān)管，確保從源頭入手，消除建筑物遭受凍害的隱患與威脅。

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