徐長華 ，滿守耀

(1.樺南縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江樺南 154400;2.樺南縣水務(wù)局基層站，黑龍江樺南 154400)

寒區(qū)渡槽凍害防治措施

徐長華1，滿守耀2

(1.樺南縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江樺南 154400;2.樺南縣水務(wù)局基層站，黑龍江樺南 154400)

在我國北方寒冷省區(qū)，水工建筑物的基礎(chǔ)極易遭受凍害。特別是建在河道上的渡槽工程常因凍害的破壞而喪失其使用功能。經(jīng)凍害破壞的渡槽不易維修，它的損壞將影響下游大面積水田的灌溉用水，造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。所以了解渡槽凍害破壞特征，并在渡槽基礎(chǔ)施工過程中采取切實(shí)可行的凍害防治措施，確保渡槽的安全運(yùn)行就顯得尤為重要。這樣才能有效地保證水稻等農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益。

渡槽;負(fù)溫氣候;基礎(chǔ)凍害;特征;防治措施

樺南縣位于黑龍江省東部，年氣溫低，凍結(jié)歷時(shí)長，全年最低氣溫-32℃，最大凍土深2.1 m，屬季節(jié)凍土區(qū)，而渡槽又是建設(shè)在河、溝道等地勢低洼，含水率大的凍脹土基上，如果在設(shè)計(jì)與施工中重視不夠，措施不當(dāng)，就將導(dǎo)致渡槽槽身拱起，傾斜或倒塌，東北許多已建渡槽，都因基礎(chǔ)凍害而發(fā)生不同程度的斷裂、傾斜、基礎(chǔ)上抬等破壞最終使渡槽無法使用。樺南縣共和灌區(qū)南干渠鋼渡槽就因中間樁基凍拔上抬而無法正常使用。向陽山三合干渠清茶渡槽也因凍害致使槽身上抬，新興八支渠渡槽因凍害而毀棄等。所以了解凍害破壞特征，掌握凍害防治措施是十分必要的。

1 渡槽凍害的破壞特征

1.1 凍脹力作用下渡槽基礎(chǔ)的上抬

寒冷地區(qū)的渡槽多采用圖1中的3種基礎(chǔ)型式，切向凍脹力對(duì)基礎(chǔ)的作用見圖2。

圖1 經(jīng)常采用的3種型式渡槽基礎(chǔ)

圖2 切向凍脹力對(duì)基礎(chǔ)作用示意圖

基礎(chǔ)的凍害破壞，外觀上表現(xiàn)為不均勻上抬，中間基礎(chǔ)上抬量大，呈“羅鍋形”，渡槽基礎(chǔ)的不均勻上抬，主要是切向凍脹力作用的結(jié)果。當(dāng)基礎(chǔ)周圍土體凍脹時(shí)，靠近樁柱的土體凍脹變形受到約束，進(jìn)而沿基礎(chǔ)側(cè)表面產(chǎn)生方向向上的切向凍脹力。

在切向凍脹力作用下的凍脹上抬通常由以下兩種原因所致：

1)由于樁柱上部荷載，樁自重及樁柱與未凍土間的摩擦力不足以平衡總凍切力而產(chǎn)生整體上抬，其計(jì)算公式為：

式中：P為樁柱蓋梁以上荷載;G為自重;D為樁柱直徑;L為樁柱入土深度;H為凍層深度;fp為極限摩阻力;τ為單位切向凍脹力，我國在《灌入柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工規(guī)范》中按土的凍脹性給出如下取值標(biāo)準(zhǔn)：一般凍土5～8 t/m2，強(qiáng)凍脹土8～12 t/m2。

2)由于在凍拔力作用于下，樁柱截面尺寸配筋不滿足抗拉強(qiáng)度要求造成斷樁，斷樁位置多發(fā)生在最大凍拔力截面或斷筋截面。

1.2 渡槽斜坡樁柱基礎(chǔ)的凍害

當(dāng)渡槽跨越劇深溝時(shí)，位于斜坡上方的樁柱不但受側(cè)向不均勻土壓力的作用，而且冬季還受來自斜坡上方的側(cè)向來凍脹力的作用而產(chǎn)生溝內(nèi)側(cè)偏移或斷裂。

有關(guān)資料表明，作用于斜坡樁柱上方的凍脹力呈倒三角形分布。在0.2 m深處觀測到的最大凍脹力為2.5 kg/cm2。

2 渡槽凍害的防治措施

為了防治渡槽基礎(chǔ)的凍害，可采用消除、消減凍因的措施。

2.1 換填法

是將渡槽基礎(chǔ)周圍凍脹的土挖除，然后用弱凍脹的砂、礫石、爐灰渣等材料換填。換填厚度一般在40～80 cm，特別對(duì)于軟塑黏土，切向凍脹力值＞20 t/m2，要滿足此情況的抗凍拔穩(wěn)定，采用單一的結(jié)構(gòu)措施是困難的，即便可行，在經(jīng)濟(jì)上往往也是不合理的。這時(shí)采用換填措施將凍脹力消減到一定范圍后再采用防凍結(jié)構(gòu)措施更謂合理，采用砂礫換填應(yīng)控制粉黏粒含量，一般＜14%，對(duì)換填料表表面應(yīng)進(jìn)行護(hù)砌，防止水流沖刷。

2.2 物理化學(xué)法

是指在基礎(chǔ)四周凍土中摻某種化學(xué)物質(zhì)或物理措施，使其喪失凍脹性。主要有以下3種：

1)憎水土改良法：用液態(tài)石油瀝青，液態(tài)煤焦油，泥炭焦油和柴油等收斂化學(xué)物摻入渡槽基礎(chǔ)周圍土中，使其變成憎水土，為使憎水土具有足夠強(qiáng)度穩(wěn)定性，需在憎水土中加入一定數(shù)量的表面活性劑，如有機(jī)酸和苯酚與少量熟石灰配合，有機(jī)亞硝酸基、松香酸的松脂廢料等，為防止渡槽基礎(chǔ)凍拔，可在基礎(chǔ)周圍一定范圍做20～30 cm的憎水土護(hù)砌。

2)鹽漬化法：可將回填土鹽漬化，對(duì)于亞黏土可采用2%～4%，對(duì)于砂質(zhì)土可采用1% ～2%，然后回填到基礎(chǔ)周圍，為防止表面鹽漬化土流失，應(yīng)當(dāng)用防水層保護(hù)，鹽化法簡單易行，防凍效果較好，缺點(diǎn)是有效期短，2～4個(gè)冬季后，防凍脹效果降低，所以要每隔2～4個(gè)冬季加一次鹽，以保持防凍脹效果的連續(xù)性。

3)加熱隔熱法：加熱法是指在渡槽基礎(chǔ)周圍埋設(shè)加熱電纜，通過連續(xù)或間斷加熱的方法以保證基礎(chǔ)周圍不產(chǎn)生凍結(jié)。隔熱法是指在渡槽基礎(chǔ)周圍填土表面設(shè)置隔熱層。常用做隔熱層的材層有：草筏、爐渣、玻璃纖維和聚苯乙烯泡沫塑料等，其中聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫板具有很強(qiáng)的保溫作用，還具有閉孔結(jié)構(gòu)不吸水，其化學(xué)成分決定它不腐爛、耐久性好，有較好的抗壓縮性能(抗壓強(qiáng)度≥2 kg/cm2)，且成本低，較適宜隔熱法。

3 結(jié)語

只有深入了解凍害的破壞特征，才能總結(jié)出切實(shí)可行的有效的凍害防治措施。在水利工程國民經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)計(jì)算過程中，水工建筑物的生產(chǎn)使用壽命一般都在30～50 a，而發(fā)生凍害破壞的渡槽往往在建成后幾年最多十幾年就無法運(yùn)行，嚴(yán)重影響了下游水田的灌溉用水。我們可以采用有效的凍害防治措施來確保渡槽的安全運(yùn)行，更好地服務(wù)于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展。

［1］陳德亮，管楓年，等.渡槽［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［2］中國建筑科學(xué)院地基所.灌入樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工規(guī)范［S］.北京：建筑工業(yè)出版社，1978.

TV672.3

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1007-7596(2011)06-0283-02

2011-08-15

徐長華(1974-)，女，黑龍江樺南人，工程師;滿守耀(1973-)，男，黑龍江樺南人，工程師。