關于北部地區水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹破壞的因素和采取的措施

【摘要】針對這些水電工程襯砌渠道及建筑物應采取什么樣的防凍脹措施才能經濟、合理而有效地防止凍脹破壞是亟待解決的關鍵性技術問題，本文通過兩方面來進行分析：①水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹的主要影響因素；②防凍脹結構措施。

【關鍵詞】北部地區；渠道及建筑物；凍脹破壞；因素和措施

我國西北、華北及東北地區，約513.7萬㎞2，占國土面積的53.5%。平均氣溫都在-10℃以下，最大的凍土深度在0.8-18m之間，冰凍期長達4個月之久，因此，水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹破壞是我國北部地區普遍存在的問題。經調查，建筑物中的12%遭受嚴重凍脹破壞，48.6%的遭受輕微嚴重凍脹破壞，嚴重影響了水電工程襯砌渠道及建筑物的安全的和使用，使工程效益不能充分發揮，浪費了大的人力的物力。對于這些水電工程襯砌渠道及建筑物應采取什么樣的防凍措施才能經濟、合理而有效的防止凍脹破壞是北部地區水電工程渠道及建筑物所面臨的關鍵性技術問題，是值得我們研究和探討的。

1、水電工程襯砌渠道及建筑物凍脹的主要影響因素

1.1 土粒組成對襯砌渠道及建筑物土估的破壞

北部地區水電工程襯砌渠道及建筑物是否產生凍脹主要取決于土顆粒的大小，不同的土顆粒影響水電工程襯砌渠及建筑物凍脹的程度也不同，一般壤土地基較輕，粘土地基嚴重，按粒徑組成可劃公為非凍脹性土和凍脹性土。非凍脹性土之所以不產生凍脹是因為土顆粒間隙大，存在網體，水易滲透，土體中無停留水，凍脹性土之所以凍脹是因為土顆粒間隙小，基表面積大，不存在滲水網體，與水相互作用的能量也相對增大，使土體中的毛細水不易滲透，停留在土體中，低溫下結冰膨脹而產生凍脹。

1.2 水對襯砌渠道及建筑物土體的凍脹

土體中的水份的多少是引起土體凍脹的主要因素之一，地下水位低的部位較輕，地下水位高的部位嚴重，地表土體中的水分主要來自降水、灌溉水和地下水的補給，即可達到土體凍脹的目的。

1.3 氣溫對襯砌渠道及建筑物土體的凍脹

土體的凍結過程，實際上是土體中溫度的變化過程，氣溫是水電工程襯砌渠道及建筑物產生凍脹破壞的先決條件，在凍土地區是不可抗拒的，對于工程建筑中防凍脹的措施是對主凍脹帶邊界條件下進行處理、置換，使水電工程襯砌渠道及建筑物在低溫情況下不發生凍脹破壞，從而達到防凍脹的目的。

1.4 渠道坡面及建筑物的朝向不同，造成渠道坡面及建筑物斷面上各部位的凍脹也各有差異，一般南北走向的渠道及建筑物陰面比陽面凍脹深度大些，特別是對于東西走向的渠道及建筑物陰面比陽面凍脹的深度還要更大些。

1.5 在設計過程中對凍脹微害的作用用考慮不夠充分。造成工程建成后，砌縫與砌縫之間、溫度縫和施工面之間、砼、勾縫砂漿脫落，使土體含水量增大，從而增加了對土體的凍脹程度，造成水電工程襯砌渠道及水工建筑物的凍脹錯位。

1.6 工程建設受季節性因素影響引起的凍脹，特別是秋收后襯砌的一部分渠道及建筑物由于砼還未達到設計強度要求就受到凍脹破壞，更嚴重的是還有一部分渠道襯砌及建筑物在初凝期就進行通水運行，有些甚至是在-18℃—-8℃氣溫下進行。停水后，含水量完全飽和，使土體結冰膨脹而產生凍脹破壞。

2、防凍脹結構措施

2.1 消減影響土體凍脹的因素

季節凍土的凍脹是受凍土中的顆粒組織水分、負氣溫土體密度等因素綜合作用的結果。當其中一項影響改變，則可達到消減或不產生土體凍脹的目的。

2.2 嚴格控制水電工程襯砌渠道及建筑物的防凍脹指標

水電工程襯砌渠道及建筑物的凍害，主要是因為渠床土凍脹造成襯砌體過大的變位所形成，故選擇凍脹移位量為水電工程襯砌渠道凍脹的控制指標。

2.3 水電工程襯砌渠道及建筑物的地基凍脹量大于允許位移值時，根據其位移值大小，調整結構按控制指標進行設計。

2.3.1 當渠道的凍脹位移值在2倍允許凍脹位移之內時，且渠床上凍脹性屬類及其以下凍脹類別的渠道，宜采用下列襯砌結構。

2.3.2 梯形砼襯砌渠道，可采用架空肋梁板或預制空心，板式結構。

2.3.3 采用整體式砼U型槽襯砌，圓弧上部直線段采用小于1：0.2的斜坡，斜坡長度不大于0.5m。

2.3.4 采用弧形斷面或弧底梯形斷面。寬淺渠道應用弧形坡腳梯形斷面。

2.4 當渠床上凍脹性屬類及其以上的渠道，宜采用下列襯砌結構：

2.4.1 渠道不超過1.5m的寬淺渠道，宜用矩形斷面，渠岸用擋土墻式結構，渠底用平板結構。

2.4.2 小型渠道采用地表式整體砼U型槽或矩形槽，槽底按置換措施要求設置非凍脹性土置換層，槽側回填高度應于槽深的1/3。

2.4.3 中小型渠道采用樁、墩等基礎支撐輸水槽體與基土脫離。樁、墩的允許凍拔量為零。也可采用暗渠或暗管輸水。

2.4.4 大、中型渠道應結合壓實、置換、隔水、排水、保溫等工程措施。

結束語：

工程竣工后，在水電工程襯砌渠道及建筑物的堤岸植樹，用生物排水法降低襯砌渠基土壤水分，對抑制工程運用中基土凍脹量的產生，起到了較好的作用。

作者簡介：楊友軍，男，臨澤縣小屯水利管理所工程師，多年從事灌區水利工程規劃設計、施工及管理工作。