水利工程设施的冻害防治

摘 要：水利工程设施的冻害问题严重威胁着水利工程的总体施工质量，是当前相关施工部门面临的一项重要问题。加强对水利工程设施的冻害防治进行研究和探索，满足水利工程建设的实际需求，本文就此进行简要分析，仅供相关人员参考。

关键词：水利工程设施；冻害；防治

水利工程设施的冻害成因具有一定的复杂性和特殊性，尤其是在地质环境条件以及施工工艺等因素的影响下，极易对水利工程设施造成冻胀破坏，导致水利工程施工过程中存在严重的安全隐患，从而影响水利工程的总体经济效益和社会效益的提升。在此种情况下，加强对水利工程设施的冻害防治进行深入研究和探索，具有一定的重要性和必要性。

1 冻害成因

季节冻土区水工建筑物冻害成因可分为内因、外因两部分。其中地基土冻胀、融沉、冰冻及长期冻融循环是自然规律产生的破坏作用，属于造成水工建筑物冻害的内因；而设计不合理、施上技术不正确和工程管理不到位等原因是人为因素，属于造成水工建筑物冻害的外因。

1. 1地基土冻胀作用

地基土中的水冻结成冰时，产生胶结力，使冻土与基础牢固地胶结在一起，当土中的水冻结成冰时，体积膨胀，当这种膨胀引起土颗粒间的相对位移，就形成冻结时土体膨胀，称之为土冻胀。由于水工建筑物基础与冻土胶结在一起，它对土的冻胀产生了约束作用，冻土就会对基础产生冻胀力，在不均匀冻胀的作用下，当冻胀力导致水工建筑物产生不允许变形或者丧失稳定性时，建筑物则产生冻胀破坏，这就是季节冻土区建筑物冻胀破坏产生的主要原因。

1. 2地基土融沉作用

冻土中存在的冰融化后体积缩小，使土在自重作用下产生一定量的下沉，冰变成水后，在自重和外荷载的作用下沿孔隙排出，从而使土进一步压缩下沉。由于水工建筑物各部分地基土的土质和含水率不均匀，并且融化深度也不相同，因而造成建筑物各部分的不均匀沉降，当沉降量超过建筑物的允许变形量时，建筑物则遭破坏。季竹冻土区水工建筑物单纯由融沉作用破坏的并不多见，但融沉作用加重破坏的较为普遍。

1. 3冰荷载作用

在寒冷地区，冬季河流、水库、湖泊等水域都有不同程度的结冰、封冻、解冻过程，冰层厚度存在一定差异，大多处于0.3-0.8m，尤其是在封冻、解冻期间，水工建筑物因受静冰压力或动冰压力作用而造成严重的破坏，特别是水库上程受此害更为严重。

1. 4季节冻土区水工建筑物冻融循环破坏

在历年冻融循环及寒冻风化作用下，水工建筑物加速了破坏。

1. 5不正确的施工技术

在水利工程施工过程中，不正确的施工技术会对总体施工质量产生严重的影响，从而导致较为严重的冻害问题出现，尤其是浆砌石挡土墙灌浆不满、墙背不平整、不勾缝、易挂霜结露或形成冻楔，会导致不规则裂缝或水平裂缝出现，不合理的冬季施上加重了冻深，造成了工程受地基土冻胀作用而破坏，从而对水利工程的实际应用价值的发挥产生了严重的影响。

1. 6工程设计不合理

在设计中，没有充分考虑冻胀力的作用，又没有采取防治冻胀破坏的措施，因此在地基土作用下使建筑物丧失稳定性而破坏。

2 水利工程设施的冻害防治措施

2.1防冻胀破坏的设计措施

结合水利工程的实际情况进行深入分析，进土质特点和地下水状况进行把握，了解水利工程施工当地的气候条件以及冻胀、冻深等因素后，进行科学合理的防冻胀破坏设计，确保实际设计方案满足水利工程设施冻害防治的实际需求。在此基础上对基础埋深进行合理的控制，适当减小平面尺寸，保证结构的紧凑型和可靠性。与此同时，应当选用刚度比较大且实际抗冻胀能力比较强的结构，确保设计措施能够满足水利工程设施的强度、刚度以及稳定性和防渗性要求，促进水利工程设施的实际应用价值的有效发挥。除此之外，相关施工人员应当将多元化的冻胀力作为外荷载，进行规范化的强度、稳定性和变形校对和核查，尽可能保证防冻胀破坏的设计措施满足水利工程的多元化需求，促进水利工程设施冻害防治质量的提升。

2.2水工建筑物冻胀破坏的防治

2.2.1板形基础。就水利工程设施的冻害问题的实际情况来看，若板形基础不能够满足水利工程抗冻胀破坏的实际要求，可以采取抗冻胀结构措施或工程措施进行规范化处理，这就要求相关人员在进行抗冻胀设计的过程中，应当对结构措施进行系统化分析，采用一字闸、锚固底板以及反拱底板等来保证结构措施的可靠性。若水利工程所采用的结构措施缺乏合理性和经济性，方能够采取抗冻胀工程措施。在实际冻害防治过程中，应当结合水利工程的实际特点进行深入研究和分析，以保证所选取措施的安全性和可靠性。从总体情况来看，工程措施具有一定的多样性和复杂性，实际施工过程中可以采用置换法将非冻胀性土置换为地基土，可以采用隔层封闭法，通过土工膜将地基土分层包裹封闭，以达到冻害防治的目的。也可以采用保温措施以及排水法来提高冻害防治的质量。

2.2.2桩墩类基础。若在水利工程施工过程中，桩墩类基础不能够有效的实现冻害防治，就需要相关施工人员采取抗冻结构或工程措施对冻害进行防治。从整体情况来看，防止桩基冻胀的结构措施主要有增加柱基入土深度和扩大式锚固基础两种，这两种方式的原理存在一定差异，增加桩基入土深度主要是通过削除桩顶方向冻胀力来进行冻害防治，而扩大式锚固基础主要是通过对摩擦力的利用，来对冻胀力进行抵抗，从而最大程度上保持桩基的稳定性和可靠性。在水利工程实际施工过程中，不免会受到地基条件和施工条件的限制，导致这两种方式的进行受到阻碍，在此种情况下，可以采用削减切向冻胀力的工程措施来对水利工程设施进行涂层处理、外包薄膜处理等，以提高冻害防治的效果。

2.2.3挡土墙。对不能满足抗冻胀要求的挡土墙单独或综合采用下述措施提高挡土墙的抗冻胀能力：①选用适应冻胀变形能力强的结构型式，优先选用悬臂式挡土墙，墙基础尽可能采用扩大式条形基础，墙基底板埋深要求等于设计冻深；②采用消除或削减挡土墙后土体冻胀措施，挡土墙体设排水孔，挡土墙迎土而要求平整光滑，在满足渗流要求的前提下，墙后回填土可用非冻胀性土置换，也可采取排水措施或用聚笨乙烯泡沫板保温。

3 结束语

从宏观层面来看，水利工程设施的冻害问题比较严峻，是当前水利工程相关施工单位所面临的重要挑战。水利工程设施的冻害防治质量和效果直接关系着水利工程的实际经济效益和社会效益，因此加强对水利工程设施的冻害防治进行深入研究和分析，具有重要的现实意义。这就要求相关施工单位即施工人员结合水利工程的实际特点进行研究和分析，积极选取最优的施工工艺以及防治措施来对水利工程设施冻害进行有效的治理，切实促进水利工程实际应用价值的有效发挥，进而从整体上推动我国国民经济的提升。

参考文献：

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[2] 栾建 - 水文测验基础设施冻害成因及其防治措施《黑龙江水利科技》 - 2012

[3] 张晓 -混凝土衬砌渠道的冻害成因与防治措施《科技信息》 – 2011

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