中小型水工建筑物凍害成因及其防治策略分析

□王樂

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司）

中小型水工建筑物凍害成因及其防治策略分析

□王樂

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司）

隨著我國社會經濟發展速度不斷提升，水利工程設施的建設取得很大的發展。水利工程建筑物是我國基礎設施中的重要組成部分，其不僅關系到我國社會經濟的發展，更關系到我國的國計民生。中小型水工建筑是水利工程建設過程中的重要環節，其會對水利工程的實用性造成直接的影響。根據我國的實際情況，中小型水工建筑物的數量相對較多，這主要是因為我國的水利工程主要以中小型為主。但根據中小型水工建筑物的實際使用情況來看，其經常會因為凍害而不能發揮應有的作用，對我國水利工程正常功能的發揮造成嚴重影響。文章針對我國中小型水工建筑物的現狀，分析其凍害的成因，并探討有效的凍害防治策略。

中小型水工建筑物；凍害成因；防治策略

0 引言

近年來我國在水利工程建設中的投入越來越多，通過這樣的方式讓我國的社會經濟建設得到有效保障，其中尤其是水利工程的大量修建有效解決了多地的洪澇災害，并有效緩解了缺水地區的水資源匱乏問題。但根據我國中小型水利工程的運行現狀，其中有很多中小型水工建筑物存在凍害問題，導致水利工程的正常運行受到嚴重影響。這不僅會導致水利工程所在地的群眾生命和財產安全受到威脅，還會導致我國的經濟建設受到嚴重影響，對我國的長遠發展極為不利。因此，在對中小型水利工程進行管理和建設的過程中，有效解決其水工建筑物的凍害問題是目前的重要任務。

1 中小型水工建筑物凍害的成因及危害

1.1 凍脹力導致的凍害

在混凝土和水工建筑物地基土因溫度過低而凍結時，土壤中含有的水分會凍結成冰塊，這些冰塊會將未凍結的水分聚集在其鋒面上從而形成冰晶體，冰晶體的體積不斷增大時就會產生凍脹力。根據建筑物的實際勘查，凍脹力對建筑物的破壞主要分為豎直方向、水平方向和切向的破壞。

1.1.1 豎向凍脹力

豎向凍脹力主要是指混凝土在凍脹的過程中會受到地基豎直向下的壓力限制，這樣就會導致其對地基施加豎直向上的凍脹力。

1.1.2 水平凍脹力

水平凍脹力是因為建筑物的地基側面或擋土墻發生凍脹，在其不斷凍脹的過程中就會向兩側延伸，而這樣就會導致側面的擋土受到其向兩側伸展的壓力。

1.1.3 切向凍脹力

水工建筑物中的橋墩和物樁基礎等周圍的地基土出現凍脹時，會導致其被橋墩和物樁限制，這樣就會導致發生凍脹的土壤對橋墩和物樁施加一個向上的斜向壓力，成為切向凍脹力。

1.2 冰壓力導致的凍害

中小型水工建筑物中存在的冰壓力主要有動冰壓力和靜冰壓力，其中動冰壓力主要是指流動的冰塊對水工建筑造成的沖擊壓力，導致建筑物受到擠壓和剪切等破壞。靜冰壓力是指冰層因溫度升高而出現內部膨脹，由于冰層處于地基之下，因此在其內部膨脹不斷擴大的過程中會導致冰蓋不斷向上運動，這樣將會導致混凝土板被凝結于一處，并且會因為冰蓋的擠壓而出現斷裂和彎曲等現象。

1.3 蠕動變形

在水工建筑物地基所處環境的溫度降到零下時，會導致凍土的冰體出現變形的情況，其中最常見的是冰體的體積不斷減少。而這樣就會導致冰體因壓力不斷增加而出現冰點下降并融化的現象，最終會因流動而對地基土造成嚴重影響。

1.4 凍融現象

在負溫下出現凍結的情況并在溫度升高后出現融化的現象就稱為凍融，水工建筑中凍融現象經常反復出現。正是因為凍融現象反復出現，水工建筑就會很容易被破壞。其中最明顯的是處于水位變化區域內的混凝土表面，這主要是因為在發生凍結時會導致其體積膨脹，而在融化后冰水流到混凝土之外，這樣就會導致混凝土的形狀出現很大的變化，使得混凝土逐漸失去彈性。這樣就會導致混凝土中的鋼筋被腐蝕，并且會出現鋼筋外露的情況，導致水工建筑物遭到嚴重破壞。

1.5 設計階段導致的凍害

水工建筑物的設計需要結合當地的實際情況進行，其中不僅要考慮當地的地質條件，還要考慮當地的溫度變化。而在實際的水工建筑物設計中，設計者經常會忽視凍害的預防，片面強調工程的實用性與美觀性，導致其在建成后并不能適應當地的氣溫變化，從而出現凍害。

1.6 施工階段導致的凍害

施工階段是整個工程質量控制的主要階段，其中施工方法和施工技術的使用將會對工程的質量造成嚴重影響。而一些施工單位在開展水工建筑物施工的過程中為了控制施工進度而采用簡單易行的施工方法，從而影響水工建筑物建成后的安全性，尤其是因為施工材料的選擇不恰當而導致水工建筑物很容易受到凍害影響。

2 水工建筑物凍害的防治策略

2.1 勘探環節的凍害防治方法

在中小型水工建筑物施工中，勘探環節顯得十分重要，其直接關系到水工建筑物能否順利建成。因此在開展勘探工作的時候必須高度重視，其中首先需要對土壤的各種物理性質進行全面分析，并且對土壤的平均溫度進行測定，分析其在各個季節的最低溫度和最高溫度，并對當地的凍土分布進行勘探。然后通過對勘探結果的分析與總結，制定相應的防凍害策略。

2.2 設計階段的防凍害策略

2.2.1 換回填土

設計人員需要根據建設的級別要求、建筑所在地的日照條件和遮陰水平等對設計深度、基礎深度和土壤凍脹量進行計算。同時，在設計的過程中還要對基礎深度和凍脹力的降低因素、基礎換土和回填土的降低因素進行考慮。其中在對不同級別置換凍脹土地基進行設計時，要根據實際情況確定是否需要選擇有凍脹性的土壤，并且要根據實際情況對在置換材料與原狀土壤之間安放過濾層，同時按照要求對排水條件進行設計。

2.2.2 排水設計

在水工建筑物所在地的土壤含水量超出凍脹的起始含水量時，必須要對土壤中的水分進行排除，并且要對其它來源進入土壤的水量進行控制，其中主要是設計相應的排水孔。對渠道線路進行設計時要盡量避免地下水造成的破壞，其中主要是在溝渠旁邊種植樹木，從而讓土壤的水含量得到控制。

2.2.3 保溫措施

在進行水工建筑物設計的時候，還要根據實際情況選擇相應的保溫措施。其中常用的是水保溫方式，其主要是利用水的強大比熱容來完成對土壤的保溫。在不能采用水保溫方法的時候，要采用稻草填堵進行保溫，其主要是利用稻草的保溫作用完成對土壤的保護。

2.2.4 隔離措施

在水工建筑物所在地處于凍土較多的區域時，需要對水工建筑物的地基進行隔離，以此來減少水工建筑受到的凍害。其中主要是使用隔水層完成對水分的隔離，從而避免水分進入地基土后出現凍害。隔水層的材料一般采用瀝青，并且要使用水泥砂漿將擋土墻背后抹平以保持其光滑，從而讓地基土與基礎外壁間的凍結力被有效降低。

2.2.5 建筑結構形式的設計

在對水工建筑物進行設計的時候，還要對建筑物的結構形式進行考慮。其中主要是根據建筑物的實際作用確定其受力特點，然后對建筑物與凍土的接觸面積進行控制，盡量讓其接觸面減小，并對基礎單元剛度等結構和布局進行設計。

2.2.6 施工過程中的防凍害策略

在開展水工建筑物施工的過程中，要對環境溫度進行密切關注，在溫度低于3℃時，要避免開展重要建筑結構的混凝土施工，避免施工完成后相應結構不能滿足防凍害要求。對于嚴寒地區的水工建筑施工，要采取相應的保溫措施，并且要對施工材料進行嚴格挑選，確保建筑施工完成后能夠滿足抗凍害要求。

2.3 水工建筑物運行管理中的防凍害策略

在對中小型水工建筑物進行管理的過程中，管理人員要重視定期檢查工作，盡量按照相關標準對建筑物存在的問題進行全面分析，然后根據分析結果制定相應的防凍害策略。同時，在管理水工建筑物的過程中要提前制定凍害補救措施，從而確保在凍害發生時能夠第一時間將其解決，保證水工建筑物能夠正常運行。

3 結語

中小型水工建筑物是水利系統中的重要組成部分，其直接關系到社會經濟的發展，并且關系到人民的生命財產安全。根據目前的情況來看，我國的中小型水工建筑中有很多存在凍害現象，導致水工建筑不能發揮其應有的作用，影響水利工程的正常運行。因此在不斷發展的過程中必須要對中小型水工建筑物凍害進行有效的預防和治理，讓水利工程在社會經濟中發揮其應有的作用。

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TV698.26

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1673-8853（2017）07-0083-02

2017-05-08

編輯：劉青

王樂（1985-），男，漢族，工程師，主要研究方向為水工建筑物、節水灌溉。