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1、水工建筑物冻害成因和其防治措施探究 【摘要】：北方地区的水工建筑物冬季一直具有冰、冻融、地基土冻胀影响的问题,让部分工程建筑出现或多或少的损坏。在我国季节冻土区的最北部,是季节冻土区和岛状常年冻土区的交界处,冻害非常严重。在分析中小型水工建筑物冻害损坏的前提下,阐述了冻害原因,应用抗冰冻相关的科学知识和经验,非常系统地阐述了水工建筑物的防冰冻方法。【关键词】：水工建筑物冻害成因防治措施中图分类号：TB857+3文献标识码：A【正文】：前言：由于季节冻土区的最北部抗冻害科相关研究,根据当地区常年来抗冻害经
2、验,国家农业综合开发的库堤河项目区115座,渠系建筑物设计中重点考虑了抗冻害发放,1995年7月以优质项目通过自治区、盟和国家验收,现在运行时间有6～7年,每项工程都符合设计要求,说明工程的勘测、设计、施工和管理等方面采取的防冻措施是恰当的,满足现行行业标准《水工建筑物抗冰冻设计规范》SL211-98。一冻胀机理1土壤冻胀7水工建筑物地基土出现冻胀的根本条件为负温、土质和水分,它们相互影响。就土质来说,是指土壤中的细小颗粒,带有游离电子或离子,具有静电引力并形成静电引力场,土壤中的水分偶极分子与土粒接触时
3、,便受到静电引力的作用,当气温条件是负温时,土粒失温的速度比水快,于是土颗粒先冷却,随之水分也冷却,达到起始冻结温度后,土粒吸附的水开始冻结成冰,产生较大的冰结晶力,随着温度继续下降,由于吸附作用将水分拉向冰晶体,冰晶体增大。而原来土粒吸附水厚度变薄,就从下方未冻水分吸引相当部分的水,来平衡土粒的静电引力。在负温的条件下,经过这种重复作用,冰体逐渐增大,下方未冻水分不断补充,地基土粒发生相对变形,产生冻胀。2混凝土冻胀水工建筑物混凝土或钢筋混凝土,在负温条件下,水泥的细小颗粒或钢筋失热的速度特别快,首先冷
4、却。混凝土结构孔隙中一旦有水分充填,当气温下降到起始冻结点时,就以水泥颗粒或钢筋为冻结锋面吸附未结冰的水,形成混凝土冻结膨胀,使混凝土的结构变形而破坏。同样在温度适宜的季节冻土地区,水工建筑物混凝土随冻融循环次数、水分饱和等条件变化,存在着混凝土的冻融破坏。二冻害成因7冻害涉及到气、液、固3相介质之间的关系,冻害成因归纳起来,分为冻胀力、冻融、蠕动变形和冰压力等。1冻胀力地基土或混凝土冻结时,其中的水分冷却成冰,冰吸附未冻水分聚流到冻结锋面,冰晶体急剧增大所引起的作用力。冻胀力对建筑物的方向方向不一样,通
5、常包括切向冻胀力、水平冻胀力和竖向冻胀力几种。冻胀力对水工建筑物的损坏,更改基础土与混凝土的结构,使建筑物强度有所下降。⑴切向冻胀力水工建筑物桩、墩基础附近土体受冻时,因为得到基础的制约而影响基础侧边向上的应力。基础和基土间的作用力是切向冻胀力形成、传逆的中介物。⑵水平冻胀力水工建筑物挡土墙后和基础侧边的土受冻时水平影响墙或基础侧面的应力。和墙后填土的冻胀成一定的比例关系。⑶竖向冻胀力地基土冻胀时影响基础底面垂直向上的应力。在基础埋置相对基础设计冻深或基土为冻胀性土较浅时,都有竖向冻胀力。2冻融7冻融是指
6、负温冻结,温升后融化。多次冻融循环,可导致水工建筑物的破坏,特别是水位变化区混凝土表面,冻结产生体积膨胀,而融化时,冰体融化成水,流出混凝土外,原来的形态不能复原,混凝土弹性模量大大降低,导致钢筋外露和溶蚀,从而加速冻胀破坏,形成恶性循环。3蠕动变形地基土在负温状态下,冻土冰体会发生塑性变形,体积变小,所产生的压力会引起冰点不断下降造成冻土的融化流动。4冰压力作用于水工建筑物上的冰压力,分为动冰压力和静冰压力。流冰时产生的压力为动冰压力,流冰冲击水工建筑物,可造成水工建筑物的挤压或剪切破坏。冰层温升膨胀产
7、生的压力为静冰压力。温升时,冰层受力强烈爬坡,被冻结在一起的混凝土板,被冰盖上爬带动升高,引起混凝土板拉裂、弯曲而破坏。三防冰冻措施为了避免水工建筑物在冰、冻融和冻胀影响下出现破坏的状况,在继续总结实践经验的条件下,贯彻因地制宜、安全可靠、经济合理等基本原则,结合农业综合开发区的库堤河项目所采用的抗冰冻技术,提出从勘察、设计、施工工艺和运行管理等方面抗冰冻防治措施供探讨。1工程勘察方面7常规的工程勘察之外,还应了解工程所在地地下水埋深和补给排泄条件;土壤种类、粒径、含水量、导流、系数等;最冷月平均温度、年
8、平均温度、每天平均最小气温等;冰情材料、冻土状况等抗冰冻的资料,对水工建筑物抗冰冻设计具有一定的参考价值。2设计方面能够应用以下措施。⑴换回填土根据建筑物等级、日照条件、遮荫程度等条件,计算设计冻深、基础设计冻深、土的冻胀量,设计时可考虑基础换土,减少冻胀力的因素。Ⅰ～Ⅴ级冻胀性地基的置换材料采用非冻胀性土,即采用小于0.05mm粒径的颗粒含量小于总量的6%,置换材料与原状土之间应设过滤层,并应具有良好的排水条件。置换深度应满
