【摘要】 凍脹性破壞的會減少水工建筑物及構(gòu)筑物的使用壽命，使其面臨極大的安全隱患，因此需要對水工建筑的凍脹破壞性進(jìn)行綜合的治理。本文首先對凍脹土進(jìn)行闡述，然后分析了凍脹土對建筑及構(gòu)筑物的影響，最后根據(jù)多年施工經(jīng)驗，提出了預(yù)防水工建筑產(chǎn)生凍脹性破壞的有效措施

【關(guān)鍵詞】 凍脹性破壞；水工構(gòu)筑物； 土層凍脹性

一、產(chǎn)生凍脹土的機理及影響因素

1.1 產(chǎn)生凍脹土的機理

在寒冷地區(qū)，當(dāng)溫度等于或低于0℃時，含在土壤空隙中的水會結(jié)成冰，使土體積產(chǎn)生膨脹；當(dāng)氣溫升高，冰融化后體積縮小而下沉，由于融化、凍脹深淺不一，導(dǎo)致水工建筑物及構(gòu)筑物不均勻下沉，從而出現(xiàn)裂縫、傾斜甚至倒塌的現(xiàn)象。對于經(jīng)常發(fā)生季節(jié)性凍脹的土地來說，該地區(qū)已經(jīng)經(jīng)過了多次的凍融循環(huán)，因此當(dāng)?shù)氐耐量紫侗认鄬碚f是比較大的，而土層在凍結(jié)期面臨的一個主要問題就是不均勻的凍脹，所以在凍結(jié)期的土層表面形成的是一種凹凸不平的曲面，這種曲面的存在，使得部分位置因凹凸不平而形成了孔縫，因此形成了凍土的負(fù)壓區(qū)。由于負(fù)壓區(qū)的存在，使得更多的水分遷移到該部位，這些水分結(jié)冰之后形成了冰夾層，非凍結(jié)地區(qū)的水分會隨著這些力量向已經(jīng)發(fā)生凍結(jié)的地區(qū)進(jìn)行遷移，因而使得凍結(jié)土層的含水量越來越多，土地凍結(jié)的面積也越來越大，并且冰夾層的存在使得該部位的體積增大并膨脹了9%，進(jìn)而出現(xiàn)了凍土層的內(nèi)壓力，這種對基礎(chǔ)擠壓和抬起的能力就是人們常說的凍脹力。嚴(yán)重凍脹，會使地表出現(xiàn)凍脹丘、隆崗和冰凍裂縫等。

1.2 產(chǎn)生凍脹土的影響因素

土在凍結(jié)狀態(tài)時，有較高的承載力和較小的壓縮性，甚至無壓縮性，但凍融后承載力大大減弱，壓縮性增高，產(chǎn)生大量融沉，對地基的穩(wěn)定性影響很大，常造成建筑物裂縫、傾斜、倒塌。凍脹性破壞出現(xiàn)的原因不僅與當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)類型有關(guān)，還與當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)和溫度有關(guān)，影響土凍脹的主要因素包括：

1.2.1 水的因素

土層在發(fā)生季節(jié)性凍脹的過程中，土層中的含水量和是否有外部水源補給都會影響其產(chǎn)生凍脹的程度，因此，在研究水工構(gòu)筑物的凍脹性破壞時，還要注意研究當(dāng)?shù)赝翆拥暮考暗刭|(zhì)情況。

1.2.2 土體的類型

在嚴(yán)寒季節(jié)，不同的土體類型的凍脹程度是不同的，土顆粒愈粗，含水量愈小，凍脹融沉就愈小（如砂類土基本不凍脹），反之就愈大如粉砂粘性土）。一般來說，細(xì)粒土的脹程度是比較嚴(yán)重的，粘土、粉質(zhì)亞粘土、粉質(zhì)亞砂土以及含較多細(xì)顆粒的土體，由于自身的特點，使得凍脹時吸收的水分更加多，結(jié)果導(dǎo)致這幾類土體的凍脹量是最大的。

1.2.3 環(huán)境溫度

如果當(dāng)?shù)氐呢?fù)溫總量大，那么對土層的凍結(jié)深度就會越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致土層的凍脹總量也隨之增加，這就是環(huán)境對土層凍脹性的影響。

二、凍脹性破壞對水工建筑及構(gòu)筑物的影響

水工建筑物的基礎(chǔ)形式及基礎(chǔ)在凍土中的位置不同，所受到的凍脹力也往往不同，基礎(chǔ)建筑物及構(gòu)造物受到的凍脹力可能是單一的，也可能是綜合的。水工建筑發(fā)生凍脹性破壞最直接受到影響的就是水工混凝土，造成水工建筑出現(xiàn)安全隱患，凍脹性對水工建筑的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 對混凝土的影響

水泥中不同礦物成份和水泥的品種對混凝土的耐久性都有較大的影響，所以土層的凍脹性會對水泥中的成分產(chǎn)生影響，那么就會對混凝土造成一定的影響；

2.2 對外加劑的影響

在水工混凝土中加入適當(dāng)?shù)耐饧觿?，以改善凍脹性破壞對建筑物及?gòu)筑物的影響，即在混凝土施工中摻加減水劑或引氣劑可以對混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變，進(jìn)而對混凝土凍脹的作用產(chǎn)生改變，這種一般都用來提高混凝土的抗凍性，以便大大降低混凝土的凍脹應(yīng)力；

2.3 對混凝土施工過程的影響

配合比、硬化條件等都會與凍脹性的影響產(chǎn)生關(guān)系，要注意施工工藝的選擇與土層凍脹性的關(guān)系，進(jìn)而注意對水工建筑物的影響。

2.4 對水工建筑材料的影響

最直接的就是要注意在水工建筑的施工中要盡量選擇耐凍的建筑材料，盡可能的弱化季節(jié)性凍脹破壞對水工建筑物及構(gòu)筑物的影響。

三、預(yù)防水工建筑凍脹性破壞的措施

3.1 排水措施

地基宜選在干燥較平綏的高階地上，或地下水位低、土凍脹性較小的建筑場地上。盡量避開地下水發(fā)育地段（如有地面水流、地形低、易積水處）。基礎(chǔ)宜深埋于季節(jié)影響層以下的永凍土或不凍脹土層上。水是凍脹禍根，又是融化熱源，在施工和使用期間應(yīng)做好建筑物及構(gòu)筑物的散水、排水、截水設(shè)施，防止雨水、地表水、生產(chǎn)廢水和生活污水侵入基礎(chǔ)。在周圍設(shè)置暗溝，以排走地表水和潛水流，避免基礎(chǔ)堵水而造成凍結(jié)。

3.2 保溫措施

保溫措施是利用保溫材料或利用水層改變負(fù)氣溫與土體的熱交換條件，減少土的凍結(jié)深度或改變基土或回填土溫度場的形狀，從而達(dá)到削減或消除土體凍脹的方法。近年來，在季節(jié)性凍土區(qū)開始大量應(yīng)用聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫板做的保溫材料，造價低節(jié)省排水費用，施工簡便、安凈可靠，防凍效果好。在基礎(chǔ)底板面鋪一層硬質(zhì)泡沫塑料，當(dāng)土層凍深為1.5米時，在地表鋪上一層10厘米厚的泡沫，可保證其下部土層不發(fā)生凍結(jié)。

3.3 防止水工建筑物及構(gòu)筑物混凝土凍脹性的破壞

對于混凝土的凍脹性防護(hù)要做到事先預(yù)防、事中治理。所以在混凝土施工過程中必須根據(jù)情況的不同，選擇含有礦物成份不同與性能不同的外加劑、骨料、水泥，從材料方面來保證混凝土耐久性能，打好混凝土凍脹性破壞的預(yù)防工作。之后如果發(fā)生了混凝土的凍脹性破壞也要做好處理的準(zhǔn)備，即利用水泥砂漿的修補方式可以用于混凝土的輕微表層破壞的修補；利用預(yù)縮砂漿修補的方式處理高速水流區(qū)混凝土表面的損壞；而對于混凝土冰凍破壞化較為嚴(yán)重的部位可以采用噴漿的方法進(jìn)行最大程度的修補。

3.4 凍脹性地基改良措施

地基土質(zhì)是決定地基凍脹敏感性的內(nèi)部因素，而水分溫度和壓力條件則是決定地基凍脹敏感程度的外部因素。影響凍脹敏感性土質(zhì)條件主要包括地基土的物理化學(xué)成分、土的顆粒組成和土的密度。當(dāng)?shù)鼗蚋浇休^豐富和適宜的非凍脹性土?xí)r，可采用換填措施，將凍層內(nèi)凍脹土的部分或全部置換成非凍脹士，其置換比應(yīng)視土質(zhì)和地下水埋深而定。土質(zhì)為砂壤土、壤土、輕黏土、地水深大于凍深加臨界深度時，應(yīng)置換凍深的40%～70%，地下水埋深小于凍深加上臨界深度時，應(yīng)置換凍深的50%～80%，甚至全部置換材料下應(yīng)鋪一層防滲膜料，將含水量小的土壓實并包裹起來，使之與外部水隔開，阻止上部水向凍結(jié)鋒面遷移，防止地基地凍脹。

3.4 其他措施

對冬期開挖的工程，要隨挖、隨砌，隨回填土，冬季地基不能交付正常使用的工程，應(yīng)對地基采取相應(yīng)的過冬保溫措施。

四、結(jié)語

總之，對于水工建筑物及構(gòu)筑物凍脹性破壞的防護(hù)要根據(jù)水工建筑所處的不同環(huán)境、不同位置以及凍脹性破壞的不同程度來選擇合適的治理方法與防治措施，要進(jìn)行有效的防治，綜合治理，防患于未然。應(yīng)根據(jù)工程地點的氣象資料、工程地質(zhì)和凍土基本資料，并結(jié)合建筑規(guī)模、建筑材料及同類建筑抗冰凍經(jīng)驗，靈活運用抗冰凍機理，選擇一種或幾種抗冰凍措施，即保證水工建筑物及構(gòu)筑物在冰凍環(huán)境下安全運行，又要經(jīng)濟(jì)合理。只有這樣，才能在最大程度上解決水工建筑的凍脹性危害。

參考文獻(xiàn)

[1]魏劍波.水工建筑物的凍脹破壞和防治措施[J].黑龍江科技信息，2007，11：206.

[2]魏希寶.水工建筑物抗冰凍的有效措施[J].黑龍江水利科技，2012，03：395-396.

作者介紹：姚震，1987年10月，男，大學(xué)本科，助理工程師，從事市政工程施工技術(shù)方向