芻議訥全灌區(qū)渠系建筑物凍害分析及防治措施

劉洪友，徐萬江，崔潤利

（訥河市水務(wù)局，黑龍江訥河 161300）

訥全灌區(qū)位于訥河市訥漠爾河南岸，是訥河市境內(nèi)最大的灌區(qū)，是一個(gè)冬季受凍害影響比較嚴(yán)重的地區(qū)。特別在水利工程使用過程中，由于凍害原因，直接影響到工程的效益發(fā)揮和運(yùn)行安全管理，凍害對(duì)水工建筑物影響非常嚴(yán)重，使水工混凝土建筑物往往出現(xiàn)裂縫、傾斜、倒塌等現(xiàn)象，工程使用壽命大大降低，現(xiàn)通過訥河市訥全灌區(qū)渠道及配套建筑物這些典型的實(shí)例，談?wù)剬?duì)水利工程建筑物凍脹破壞的原因分析和防治對(duì)策。

1 凍害產(chǎn)生的原因

水利工程發(fā)生凍害的原因多數(shù)是地基或建筑物表面與凍結(jié)界面處產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力。主要表現(xiàn)在作用于基礎(chǔ)底面的法向凍脹力，作用于基礎(chǔ)和擋土墻側(cè)面的切向凍脹力和側(cè)向水平凍脹力等。由于灌區(qū)渠系工程冬季多處于有水狀態(tài)，使土壤含水量高，產(chǎn)生的凍脹力加大，當(dāng)凍脹力達(dá)到一定程度，就會(huì)破壞渠系水工建筑物的穩(wěn)定，結(jié)合訥全灌區(qū)工程的現(xiàn)狀，主要存在以下幾種凍害破壞：

1.1 條形梁基礎(chǔ)橋的凍害破壞

訥全灌區(qū)干渠上橋多為80年以前修建，80%的橋?yàn)闂l形梁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深只有2.5 m，由于渠道工程不配套，而且渠底經(jīng)多年沖淘嚴(yán)重，特別橋下由于壅水導(dǎo)致嚴(yán)重沖刷，致使中墩基礎(chǔ)埋深不夠，冬季在橋基礎(chǔ)法向凍脹力的作用下，橋樁切向凍脹力作用下，使橋樁基礎(chǔ)常常不均勻地拔起來，特別淘涮較深的橋下，橋基礎(chǔ)的凍害破壞就越重，由于條形梁基礎(chǔ)凍拔的不均勻性，導(dǎo)致橋樁傾斜，而且橋條形梁基礎(chǔ)一般產(chǎn)生凍拔后很難制止住，橋墩發(fā)生凍拔后很難恢復(fù)原位，而且樁基礎(chǔ)的凍拔量將逐年累積。由于埋入土中部分不斷減少凍拔則逐年加劇。渠道兩側(cè)的邊墩由于有土覆蓋，在土重力和凍深小的情況下，橋墩的凍拔量小。這樣就會(huì)使橋面沿縱向呈“鑼鍋”形。訥全灌區(qū)渠系上現(xiàn)有4處橋出現(xiàn)這種情況，最嚴(yán)重的平房村后的干渠橋作為危橋停用。

1.2 水閘擋土墻的凍害破壞原因和特征

訥全灌區(qū)中訥南一號(hào)節(jié)制閘的分水閘是1989年建的，1992年的分水閘出口翼墻倒塌就是由于凍脹引起的，后來拆除重建。該閘出口擋墻為獨(dú)立擋土墻，建筑物擋土墻底板屬于板形基礎(chǔ)。板形基礎(chǔ)凍害破壞的原因是法向凍脹力和切向凍脹力對(duì)板形基礎(chǔ)雙重發(fā)生作用，由于擋土墻基礎(chǔ)埋深多小于凍深。且水閘長年積水，基礎(chǔ)側(cè)面上還將受較大切向凍脹力的作用。因此板形基礎(chǔ)建筑物常常被凍脹力抬起來。擋土墻背面土發(fā)生凍脹時(shí)，擋土墻受力主要是作用于墻的水平凍脹力，水平凍脹力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土壓力。土壓力和水平凍脹力的交替循環(huán)作用，導(dǎo)致?lián)跬翂w裂縫、斷裂、傾斜和倒塌等現(xiàn)象。

1.3 渠道襯砌工程的凍害破壞

訥全灌區(qū)渠道多處為混凝土護(hù)坡，由于凍脹原因很多段隆起，塌陷、斷裂。主要原因是換填深度不夠，冬季渠道中水排不凈，特別是含水量比較大的土質(zhì)，導(dǎo)致基礎(chǔ)法向凍脹力對(duì)護(hù)坡板作用加大，使之抬起，又由于上層板對(duì)下層板的重力作用，使混凝土板很難恢復(fù)到原來位置，惡性循環(huán)，導(dǎo)致護(hù)坡變形。

2 預(yù)防措施

2.1 抗凍設(shè)計(jì)

工程在設(shè)計(jì)階段要充分考慮到凍害因素，對(duì)容易產(chǎn)生凍脹的部位做好針對(duì)性的對(duì)策，使設(shè)計(jì)抗凍標(biāo)準(zhǔn)滿足防凍害要求。

2.2 渠道排水

由于渠道冬季有水會(huì)加大建筑物和護(hù)坡的凍害，所以在秋季水田停止用水時(shí)，把閘門關(guān)嚴(yán)，使渠道處于無水或存少水狀態(tài)。盡可能將地下水位降到臨界凍深以下，做到渠堤排水暢通，以利排除雨雪水。

2.3 建筑物的防護(hù)

建筑物出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象后，要及時(shí)采取措施，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。橋基礎(chǔ)底板的防凍，由于沖涮導(dǎo)致埋深不夠的，在秋季停水后，馬上回填到設(shè)計(jì)高程，并且做到冬季渠道無水或少水，保證基礎(chǔ)底板的防凍。擋土墻墻背面凍脹區(qū)域內(nèi)，根據(jù)凍脹的范圍按梯形進(jìn)行做換填處理，采用充填純砂。擋土墻為混凝土或鋼筋混凝土不漏水墻體時(shí)，也要在墻體一側(cè)用塑料薄膜。這是因?yàn)樗芰媳∧こ涮詈笫箟w與填充體結(jié)合得更好。同時(shí)要有排水出路，所以換填后要有排水出路，以排除砂礫石中的水，增加防凍效果。

2.4 換填措施

防凍脹的最好辦法就是換填處理，將凍層內(nèi)凍脹土的部分或全部置換成非凍脹土，最好是砂礫石。其置換情況應(yīng)視土質(zhì)和地下水埋深而定。甚至可在全部置換材料下鋪一層防滲膜料將含水量小的土壓實(shí)并包裹起來，使之與外部水隔開。阻止上部水向凍結(jié)鋒面遷移，防止地基凍脹。

在護(hù)坡施工和維修過程中，應(yīng)對(duì)底部進(jìn)行換填夯壓，有條件的地方，對(duì)護(hù)坡以下回填60～80 cm砂礫石墊層，尤其對(duì)渠道底部應(yīng)做徹底的砂礫石換填處理，換填深度在100～140 cm為宜，以防止凍害的發(fā)生。對(duì)于水閘等配套建筑物基礎(chǔ)深度必須達(dá)到凍土深度以下，訥河市凍深為2.3～2.5 m，對(duì)不能達(dá)到換填凍脹深度的建筑物基礎(chǔ)，應(yīng)采用保溫材料進(jìn)行防凍處理，可采用5 cm的保溫板，鋪設(shè)在基礎(chǔ)上。

3 結(jié)語

凍害對(duì)灌區(qū)渠系建筑物影響因素比較多，所以在實(shí)際工程應(yīng)采取措施，結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)用要求、水文地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇適合的方式。

[1]寇國偉，劉寶君.論水工建筑物的凍脹破壞的防治措施[J].西部探礦工程，2007（9）：201-202.