鄭 佳，王曉初

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 凍脹對(duì)建筑物、構(gòu)筑物、渠道的危害

北部引嫩總干渠作為引水工程，所處土層含有不同的水量，經(jīng)過低溫凍結(jié)，體積增大，產(chǎn)生不同程度的脹力，作用在渠系建筑物和渠道上，對(duì)其造成很大的破壞。

1.1 凍脹對(duì)渠系建筑物基礎(chǔ)的破壞

凍脹使基礎(chǔ)整體抬高或者局部抬高。經(jīng)過冬夏多次凍融、緩沖，基礎(chǔ)斷裂破碎，基礎(chǔ)局部?jī)雒浭菇ㄖ锂a(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重的出現(xiàn)裂縫，呈現(xiàn)上寬下窄，也可能產(chǎn)生多條裂縫，呈現(xiàn)出現(xiàn)八字形狀。凍切力對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生側(cè)向推力，使基礎(chǔ)側(cè)向位移。條形基礎(chǔ)局部斷裂，基礎(chǔ)側(cè)向產(chǎn)生垂直裂紋。

由于基礎(chǔ)的抬高和位移，支撐其它墻體產(chǎn)生裂縫，裂縫的部位和形狀因構(gòu)造和結(jié)構(gòu)而異，有垂直的、斜向的、水平的。必須觀察裂縫進(jìn)行綜合分析，是凍脹還是沉降，才能確定。

1.2 凍脹對(duì)渠體的影響

由于渠體含水率高，溫度達(dá)到零點(diǎn)以下，使渠坡變形，表面護(hù)砌脫落，經(jīng)過多次凍融，使護(hù)坡破壞。凍脹使防水層破裂，浸泡反復(fù)凍融，使排水口堵塞建筑荷載增大，凍脹使渠道結(jié)構(gòu)斷裂，面層裂縫變形、滲水，循環(huán)產(chǎn)生凍融，渠道不能正常使用。

2 渠道土的凍脹性評(píng)價(jià)方法及對(duì)比

2.1 北引總干渠工程地質(zhì)條件

北引總干渠渠道土巖性主要為含砂低液限黏土、低(高)液限黏土、級(jí)配不良砂、級(jí)配良好細(xì)礫組成，其中前段多以砂性土為主，后段多以黏性土為主，渠道屬過水建筑物，且前段地處河漫灘，地下水位埋深較淺，凍結(jié)期地下水位高出渠底，渠底有積水或有側(cè)向滲水補(bǔ)給，在進(jìn)行渠道護(hù)坡及襯砌時(shí)應(yīng)考慮渠道土的凍脹性。

2.2 渠道土凍脹性的評(píng)價(jià)方法

凍脹性的評(píng)價(jià)可依據(jù)的規(guī)范主要為國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)和水利標(biāo)準(zhǔn)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL23－2006)，兩種規(guī)范的評(píng)價(jià)方法存在一定不同，現(xiàn)將兩種評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)述如下:

《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL23－2006)進(jìn)行渠道最大凍結(jié)深度內(nèi)的渠道土凍脹性分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 土的凍脹性分類表

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)進(jìn)行最大凍結(jié)深度內(nèi)土的凍脹性分類標(biāo)準(zhǔn)(部分)見表2。

2.3 凍脹性評(píng)價(jià)方法的對(duì)比與選用

按照兩種不同的評(píng)價(jià)方法，對(duì)北引總干渠部分渠道土的凍脹性評(píng)價(jià)見表3、4。

參照《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL23－2006)，進(jìn)行渠道最大凍結(jié)深度內(nèi)的渠道土凍脹性評(píng)價(jià)，其結(jié)果見表3。渠道最大凍結(jié)深度這里依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》(中國建筑工業(yè)出版社，第四版)查得，工程區(qū)最大凍土深度為2.08m(齊齊哈爾市)。凍深內(nèi)，巖性主要為低液限黏土、級(jí)配不良中砂、級(jí)配良好細(xì)礫等，經(jīng)評(píng)價(jià)判定低液限黏土具凍脹性。

表2 地基土的凍脹性分類表

表3 渠道土凍脹性評(píng)價(jià)表

參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)進(jìn)行最大凍結(jié)深度內(nèi)土的凍脹性分類，其結(jié)果見表4。

表4 渠道土凍脹性評(píng)價(jià)表

從上面的對(duì)比評(píng)價(jià)可以看出，兩種方法得出的結(jié)論還是有所差異的。主要表現(xiàn)在評(píng)價(jià)側(cè)重的角度上，《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》因?yàn)榭紤]渠道屬引水建筑物，渠道土在運(yùn)行期間處于浸水狀態(tài)或飽水狀態(tài)，所以對(duì)于定性判斷上更注重于渠道土的顆粒組成，而《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》則更注重于渠道土的含水量及地下水位與凍結(jié)深度的關(guān)系。其中有一個(gè)顯著的不同就是粗粒土(礫砂等)的凍脹性判別上兩種規(guī)范可能得出完全不同的結(jié)論。

對(duì)于規(guī)范的選用，也經(jīng)過了一些理論上的思考和專家的批評(píng)指導(dǎo)，最終對(duì)于北引總干渠渠道土的凍脹性評(píng)價(jià)采用《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)及計(jì)算，這里主要考慮的是渠道土的特殊性，與一般建筑地基土不同，可能常年處于浸水或飽水狀態(tài)，渠道土可能處于飽和或近飽和狀態(tài)，采用行業(yè)規(guī)范比國標(biāo)規(guī)范更嚴(yán)謹(jǐn)更符合實(shí)際。

3 工程處理措施

凍脹性渠道的襯砌宜優(yōu)先采用能適應(yīng)凍脹變形的柔性結(jié)構(gòu)。當(dāng)凍脹量大于允許位移值時(shí)，應(yīng)根據(jù)渠基土的凍脹級(jí)別，并結(jié)合渠道防滲要求進(jìn)行渠道斷面及襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要措施為:

1)凍脹級(jí)別為Ⅰ、Ⅱ級(jí)時(shí)，可采用整體式混凝土U形槽襯砌、漿砌石襯砌、板膜復(fù)合襯砌等結(jié)構(gòu)形式。

2)凍脹級(jí)別為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)時(shí)，可采用地表式整體混凝土U型槽或矩形槽。渠深不超過1.5 m的寬淺渠道，渠底采用平板結(jié)構(gòu)，墻板連接設(shè)凍脹變形縫。

［1］水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院.水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)［R］.北京:水利水電出版社，1985.4:97～116.

［2］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL23－2006渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［3］中國建筑科學(xué)研究院.GB 50007－2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)［K］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.