芻議訥全灌區渠系建筑物凍害分析及防治措施

劉洪友，徐萬江，崔潤利

（訥河市水務局，黑龍江訥河 161300）

訥全灌區位于訥河市訥漠爾河南岸，是訥河市境內最大的灌區，是一個冬季受凍害影響比較嚴重的地區。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揮和運行安全管理，凍害對水工建筑物影響非常嚴重，使水工混凝土建筑物往往出現裂縫、傾斜、倒塌等現象，工程使用壽命大大降低，現通過訥河市訥全灌區渠道及配套建筑物這些典型的實例，談談對水利工程建筑物凍脹破壞的原因分析和防治對策。

1 凍害產生的原因

水利工程發生凍害的原因多數是地基或建筑物表面與凍結界面處產生的凍脹應力。主要表現在作用于基礎底面的法向凍脹力，作用于基礎和擋土墻側面的切向凍脹力和側向水平凍脹力等。由于灌區渠系工程冬季多處于有水狀態，使土壤含水量高，產生的凍脹力加大，當凍脹力達到一定程度，就會破壞渠系水工建筑物的穩定，結合訥全灌區工程的現狀，主要存在以下幾種凍害破壞：

1.1 條形梁基礎橋的凍害破壞

訥全灌區干渠上橋多為80年以前修建，80%的橋為條形梁基礎，基礎埋深只有2.5 m，由于渠道工程不配套，而且渠底經多年沖淘嚴重，特別橋下由于壅水導致嚴重沖刷，致使中墩基礎埋深不夠，冬季在橋基礎法向凍脹力的作用下，橋樁切向凍脹力作用下，使橋樁基礎常常不均勻地拔起來，特別淘涮較深的橋下，橋基礎的凍害破壞就越重，由于條形梁基礎凍拔的不均勻性，導致橋樁傾斜，而且橋條形梁基礎一般產生凍拔后很難制止住，橋墩發生凍拔后很難恢復原位，而且樁基礎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。這樣就會使橋面沿縱向呈“鑼鍋”形。訥全灌區渠系上現有4處橋出現這種情況，最嚴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

訥全灌區中訥南一號節制閘的分水閘是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。該閘出口擋墻為獨立擋土墻，建筑物擋土墻底板屬于板形基礎。板形基礎凍害破壞的原因是法向凍脹力和切向凍脹力對板形基礎雙重發生作用，由于擋土墻基礎埋深多小于凍深。且水閘長年積水，基礎側面上還將受較大切向凍脹力的作用。因此板形基礎建筑物常常被凍脹力抬起來。擋土墻背面土發生凍脹時，擋土墻受力主要是作用于墻的水平凍脹力，水平凍脹力遠遠大于土壓力。土壓力和水平凍脹力的交替循環作用，導致擋土墻體裂縫、斷裂、傾斜和倒塌等現象。

1.3 渠道襯砌工程的凍害破壞

訥全灌區渠道多處為混凝土護坡，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，導致基礎法向凍脹力對護坡板作用加大，使之抬起，又由于上層板對下層板的重力作用，使混凝土板很難恢復到原來位置，惡性循環，導致護坡變形。

2 預防措施

2.1 抗凍設計

工程在設計階段要充分考慮到凍害因素，對容易產生凍脹的部位做好針對性的對策，使設計抗凍標準滿足防凍害要求。

2.2 渠道排水

由于渠道冬季有水會加大建筑物和護坡的凍害，所以在秋季水田停止用水時，把閘門關嚴，使渠道處于無水或存少水狀態。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

建筑物出現凍脹現象后，要及時采取措施，避免出現嚴重的質量問題。橋基礎底板的防凍，由于沖涮導致埋深不夠的，在秋季停水后，馬上回填到設計高程，并且做到冬季渠道無水或少水，保證基礎底板的防凍。擋土墻墻背面凍脹區域內，根據凍脹的范圍按梯形進行做換填處理，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，也要在墻體一側用塑料薄膜。這是因為塑料薄膜充填后使墻體與填充體結合得更好。同時要有排水出路，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。其置換情況應視土質和地下水埋深而定。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并包裹起來，使之與外部水隔開。阻止上部水向凍結鋒面遷移，防止地基凍脹。

在護坡施工和維修過程中，應對底部進行換填夯壓，有條件的地方，對護坡以下回填60～80 cm砂礫石墊層，尤其對渠道底部應做徹底的砂礫石換填處理，換填深度在100～140 cm為宜，以防止凍害的發生。對于水閘等配套建筑物基礎深度必須達到凍土深度以下，訥河市凍深為2.3～2.5 m，對不能達到換填凍脹深度的建筑物基礎，應采用保溫材料進行防凍處理，可采用5 cm的保溫板，鋪設在基礎上。

3 結語

凍害對灌區渠系建筑物影響因素比較多，所以在實際工程應采取措施，結合建筑物的結構特點、運用要求、水文地質條件和當地的實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.