寒冷地区水工建筑物的冻害与防治研究

1、寒冷地区水工建筑物的冻害与防治研究我国北方地区都属于季节性冻土区，其地基土具有冻结时膨胀变形，解冻时融沉变形的特点。因此，修建在此类型地基土上的建筑物存在着不同程度的冻害问题，如一些水利工程建筑物变形，出现裂缝，倾斜继而倒塌。冻害的产生原因既有内因也有外因，地基土的冻胀、融沉、冰冻及长期冻融循环等自然规律产生的破坏作用属于内因;设计不合理、施工技术不正确和工程管理不好等人为因素是造成水工建筑物冻害的外因。笔者主要针对外因进展分析后总结其特点，并提出针对其特点的行之有效的防治措施。1 水工建筑物的冻胀破坏种类及防治冻胀是指土在冻结过程中，其内部水分冻结成冰，从而形成冰层、水透镜体、多晶体冰晶等一

2、系列入侵冰，引起土颗粒之间发生相对位移，土体产生程度不同的膨胀现象。当发生严重的冻胀时，地表会出现冰冻裂缝、隆岗和冻胀丘等。由于水利工程建筑物在冻土中根底形式的位置不同，承受的冻胀力也是不同的，根底构造物所受到的冻胀力是单一的或综合的。出现冻胀破坏现象有以下几种：现浇砼板在受冻后胀裂形成大面积裂缝，或板缝发生错动;在冬季入冻后，小型水闸闸室在冻胀后的上抬位移不均匀，导致底板出现裂缝和闸体倾斜;挡土墙受冻胀发生前倾、折断等;水工建筑物的边坡隔墙由于冻胀会上抬，上部产生裂缝;涵管进出口端的墙顶部由于冻胀产生裂缝;混凝土预制板砌的渠道、边坡、渠底受冻而不规那么隆起，继而错位下滑;水闸上下游扭坡冻胀产

3、生横纵向裂缝。应用较为广泛而简单的防治方法是换填法，主要是用一些冻胀性弱或非冻胀性的材料如砂、砾石等置换冻胀性土，从而减弱或大体消除基土的冻胀，简而言之就是用换土、铺垫层等来防治冻害。在采用换填法时，还需根据建筑物的构造特点、运用条件、地基的土质情况、地下水位等，来确定适当的换填、垫层厚度。2 水工建筑物的冻融破坏种类及防治寒冷地区或者高海拔地区混凝土建筑物常见的冻害形式之一就是冻融破坏，是混凝土建筑物的一种老化特征和主要病害，严重威胁水工建筑物的正常运行。已硬化的混凝土在浸水饱和或潮湿的状态下，由于温度正负交替变化(气温或水位升降)，混凝土内部孔隙水形成冻结膨胀压、浸透压以及水中盐类结晶压等

4、，产生疲劳应力，造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象称为冻融破坏。造成混凝土冻融破坏的必要条件主要是混凝土的饱和水分条件、负气温和频繁的气温正负变化及混凝土的冻融循环，还有各种原因导致的混凝土抗冻才能降低及工程管理不善和养护维修不利。破坏形式有表层剥蚀，深层陈胀破坏，冰冻裂缝等。制定合理有效的冻融破坏防治措施可以从几个方面考虑：合理确定混凝土抗冻标号;严格控制混凝土的水灰比，进步混凝土密实性;选择质量过关的优质水泥和骨料;加强施工中的质量监视检测，严格标准施工及时修改设计上的缺陷;加强工程运行管理，改善建筑物混凝土构建周围的环境条件，减少或消除使混凝土冻融的条件。3 水工建筑物的冰冻破坏种类及

5、防治根据冰冻破坏产生原因一般可分为以下 3 种。3.1 冰拔破坏当冰层和护坡破坏一起发生时，水库的水位上升，护坡板(块)、齿墙等会被拔起，继而旋转、松动。水库的水位下降时，冰块与护坡会冻结到一起，护坡就会受到由于冰面下降所产生的弯矩，那么护坡板会翘起，同时齿墙会向库内倾斜。水库内的水位下降得愈快，那么冰拔现象会愈严重，尤其在护坡板 (块 ) 的尺寸是很小时，外表为粗糙且整体性相对差的预制板、块石护坡等时冰拨破坏那么更为严重。3.2 冰推破坏水库内水位由于冰冻产生的变化不大时，土坝的护坡会因为冰层的膨胀所产生的静冰压力被推起，如此产生冰推破坏。我国较寒冷的地区如东北、西北，这些严寒地区的大部分水

6、库，都有冰推破坏现象的存在。影响冰推破坏的有关因素分别是坝坡土冻胀压力的大小和护坡构造形式。当坝坡间与冰层之间的冰推力大于坝坡抗冰推的强度时，护坡就会被破坏。反之，坝坡与冰层之间的动结力小于坝坡抗冰推的强度时，冰冻结面就会剪开，冰层继而顺坡延伸，形成了爬坡，护坡在此时不会有大面积破坏产生。3.3 冻冰冲击破坏主要发生在开春解冻时，水库内水冻裂成块，由于风力和水力作用，向坝坡涌进，导致大量冻裂冰块补推使上坝坡高度超过坝顶，坝坡和水库防浪墙受到冲击而破坏。一般而言对已建工程可采取的防冻措施有：防止建筑物周边存水结冰，调节水位上下，压力充气、充水，热风法，电热法，热水法;在构造和管理上加强防护，应选择有较好抗冻性的石料，施工时保证石料的咬紧度，同时注意护坡的厚度以及石料块径大小，这些都需要通过抗冻计算来确定;合理确定建筑物的位置和布置。4 总结适宜我国北方地区防止水工建筑物遭受冻害破坏的措施还有很多，然而要根据详细情况因地制宜的采用防治措施。笔者只是在这里进展了分析归纳，总结了部分防治措施。实际中，防止建筑