王冶志

東港沿海地區(qū)水工建筑物防治凍害技術(shù)措施

王冶志

（東港市鐵甲水庫(kù)管理處 遼寧東港 118300）

本文針對(duì)東港地區(qū)冬季寒冷水工建筑物遭受凍融破壞，提出了水工建筑物防治凍害技術(shù)措施，為控制水利工程質(zhì)量提供了參考依據(jù)。

水工建筑物 凍融 抗凍性 防治凍害 技術(shù)措施

1 前言

遼寧東港地區(qū)在全國(guó)綜合自然區(qū)劃中，屬于南溫帶濕潤(rùn)區(qū)大陸性季風(fēng)氣候，建筑氣候區(qū)劃上東港在Ⅱ區(qū)，屬于寒冷地區(qū)。市區(qū)地理座標(biāo)為東經(jīng) 123°38′，北緯40°07′。東港地區(qū)東西最大橫距65km，南北最大縱距約50 km，總面積3354 km2。東港地區(qū)年平均氣溫8.1～9.5℃，年極端最高氣溫33～36℃，極端最低氣溫-22～-37℃，一月份最冷，月平均氣溫-7.8～-15℃，結(jié)冰期110～135天。 2012年冬季平均氣溫南部為-7.1～-7.8℃，北部為-9.3～-11.3℃， 2012年12月份，由于冷空氣活動(dòng)頻繁，且勢(shì)力偏強(qiáng)，造成氣溫異常偏低、降水特多的氣候異常時(shí)段。月平均氣溫南部地區(qū)為-9.0～-8.0℃，北部地區(qū)在-12.5～-10.5℃之間。 截止到2013年2月末，全地區(qū)最大凍土深度86cm。漫長(zhǎng)而寒冷的冬季造成的冰凍和土的凍脹作用，使數(shù)不清的各類水工建筑物遭到嚴(yán)重破壞。其中渠系建筑物破壞尤為嚴(yán)重，水庫(kù)堤防、壩坡和進(jìn)水塔、水電站取水建筑物的冰害現(xiàn)象也極為普遍。有必要針對(duì)本地區(qū)水工建筑物防治凍害技術(shù)措施進(jìn)行研究。

2 防治凍害技術(shù)措施

2.1設(shè)計(jì)方面

東港地區(qū)土質(zhì)屬于海相淤泥類土，含有較多的有機(jī)質(zhì)疏松軟弱粉質(zhì)粘性土，凍層一般0.9m左右。設(shè)計(jì)時(shí)考慮利用建筑物結(jié)構(gòu)的形狀、強(qiáng)度和整體剛度等因素來(lái)減少土凍脹力對(duì)建筑物的破壞作用，從而保證其穩(wěn)定和正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)要增加基礎(chǔ)深度，同時(shí)選擇多種擴(kuò)大式基礎(chǔ)：擴(kuò)大式樁、墩基礎(chǔ)、階式基礎(chǔ)，深度一般不小于1.0～1.2m。這些基礎(chǔ)可起到抗凍拔和增大承載能力的雙重作用。

設(shè)計(jì)采取的措施屬“永久性”措施，在建筑物抗凍方案選擇時(shí)，應(yīng)作為首選方案。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意保證結(jié)構(gòu)的整體剛度和構(gòu)件強(qiáng)度，以滿足抵御凍脹力或適應(yīng)性凍脹變形的需要。

2.2施工方面

2.2.1 確?；靥钔翂簩?shí)17

建筑物主體工程完工后，基礎(chǔ)至正常水位之間回填土方，利用粘性土夯實(shí)。壓實(shí)土具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，土體中孔隙小，含水量極低，結(jié)冰后就無(wú)冰晶體存在，減少土體的凍脹，隨土體密度的增大凍脹性降低的特性達(dá)到防治地基凍脹的目的。此措施具有就地取材、施工簡(jiǎn)便、防治成效顯著等特點(diǎn)，可廣泛適用于各種類型建筑物。

2.2.2 換填措施

過(guò)飽和的淤泥類土，在負(fù)溫作用下，土體中的液體水變成固體的冰晶體，導(dǎo)致體積膨脹，土體變形隆起，處在這種凍土上的水工建筑物，就會(huì)受到土體變形時(shí)產(chǎn)生凍脹力影響。砂性土為較粗粒徑的顆粒，孔隙大，滲透性好，在冬季常處于疏散狀態(tài)，受凍脹影響小，變形小，因此采用基礎(chǔ)換填，以減少凍脹力對(duì)建筑物影響。常用的基礎(chǔ)換填方法有：換砂、換填碎石、換填三合土墊層與換填壓實(shí)的粘土墊層等。

在采用基礎(chǔ)換填時(shí)，應(yīng)注意設(shè)法消除基礎(chǔ)周圍的凍切力，基礎(chǔ)換砂應(yīng)嚴(yán)格注意砂的質(zhì)量，以粗砂、中砂為宜，粉粒含量應(yīng)控制在12%以下，在換填透水料的地基中要做好防滲與排水工作。

2.2.3 合理設(shè)置伸縮縫、沉降縫

東港市水資源豐富，農(nóng)田以水田為主，灌溉渠道從干渠、支渠…農(nóng)渠縱橫交錯(cuò)，渠系及其建筑物由于凍融產(chǎn)生的不均勻沉降而導(dǎo)致破壞比比皆是，近十年來(lái)渠系改造工程，采用分縫分塊措施。合理的分縫、分塊能夠有效減輕凍融對(duì)水工建筑物的破壞，尤其是渠系建筑物。分縫、分塊的大小由工程結(jié)構(gòu)而定。在施工中，伸縮縫、沉降縫要格外引起重視，嚴(yán)格加以控制，確保工程質(zhì)量，保證工程在運(yùn)用過(guò)程中，塊體沉降的整體性，伸縮的有效性。

2.2.4 物理措施

保溫和隔離法是防治地基凍脹的有效的物理方法。

保溫法利用保溫材料在基礎(chǔ)及周側(cè)防止地基凍結(jié)或減少地基凍結(jié)深度的方法屬物理化學(xué)措施之一。近年來(lái)，聚苯乙烯泡沫板在板、墻防凍脹地基中已有較廣泛的應(yīng)用，該種材料的低導(dǎo)熱性和基本不吸水特性，對(duì)防止地基凍結(jié)有較好效果。

隔離法是將建筑物底部易凍脹的土體用防滲材料包裹起來(lái)，切斷水的入滲和控制地基的含水量，以阻斷凍結(jié)期的水分遷移而形成強(qiáng)凍脹，屬地基土物理改良措施之一，已在工程實(shí)踐中取得了一定效果。

3 合理選擇原材料及混凝土的配合比

3.1選擇高抗凍性水泥

選擇抗凍性好的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，尤其是冬季施工的首選。國(guó)內(nèi)各種水泥的抗凍性從高到低依次為：硅酸鹽水泥>普通硅酸鹽水泥>礦渣硅酸鹽水泥>火山灰硅酸鹽水泥。根據(jù)工程不同使用部位和工程環(huán)境條件選用合適的水泥，選用的水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)與混凝土的設(shè)計(jì)等級(jí)相適應(yīng)，同時(shí)優(yōu)先選用強(qiáng)度等級(jí)較高的水泥。

3.2骨料

混凝土的骨料質(zhì)量對(duì)抗凍性也有一定影響，骨料含泥量大于3%的天然砂會(huì)使混凝土的抗凍性降低，骨料級(jí)配不連續(xù)也會(huì)使混凝土的抗凍性降低，吸水率大的吸水性骨料和尺寸大的粗骨料，在凍融中宜產(chǎn)生破壞。另外，骨料雜質(zhì)含量、堅(jiān)實(shí)性、風(fēng)化程度等都直接影響混凝土的密實(shí)性、抗凍性。應(yīng)優(yōu)選潔凈、級(jí)配良好的中砂和級(jí)配良好、孔隙率較小的粗骨料，同時(shí)水工混凝土應(yīng)采用非堿活性的骨料。

3.3外加劑

外加劑的選用應(yīng)根據(jù)混凝土的性能要求，施工需要，結(jié)合工程原材料的實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)確定外加劑的種類和摻量。有抗凍要求的混凝土必須摻加引氣型外加劑，以提高混凝土的和易性和抗凍性，并嚴(yán)格控制混凝土的含氣量；冬季施工時(shí)，必須摻加防凍型外加劑，以提高混凝土早期強(qiáng)度，從而減少混凝土的早期凍害。

3.4水灰比

水灰比偏大，單位用水量偏多，在凍融過(guò)程中產(chǎn)生的冰膨脹壓力和滲透壓力增加，降低了混凝土的抗凍能力。采用合適的水灰比，可提高混凝土密實(shí)性、抗凍性。水灰比的大小，直接影響混凝土孔結(jié)構(gòu)及孔隙的多少。《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL211-2006）規(guī)定小型工程抗凍混凝土水灰比，根據(jù)不同的水工結(jié)構(gòu)和構(gòu)件混凝土抗凍等級(jí)，最大允許值為0.45～0.58。

4 結(jié)語(yǔ)

冬季丹東地區(qū)經(jīng)歷正負(fù)溫循環(huán)相對(duì)更多，導(dǎo)致水工建筑物結(jié)構(gòu)遭受凍融循環(huán)會(huì)更強(qiáng)，凍害更明顯。根據(jù)不同工程的具體條件，采用各種綜合性防凍措施防治凍害效果很好。本文針對(duì)如何防治水工建筑物凍害問(wèn)題，提出了適宜的防治措施，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體條件，采用適宜的措施，最好是采用綜合性防治措施，效果將會(huì)更為顯著。

1. 謝蔭琦，王建國(guó).《季節(jié)凍土區(qū)水工建筑物地基土凍脹性工程分類》

2. 譚志偉，楊革.《水工建筑物凍害防治技術(shù)》黃河水利出版社

3. 銀英姿，郭海，楊文勝.在季節(jié)凍土區(qū)渠系水工建筑物基礎(chǔ)保溫防凍措施 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第22卷第4期

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.017

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1672-2469（2014）05-0056-02

17作者簡(jiǎn)介：王冶志（1966年—），男 ，工程師。