摘要：在一些水工建筑物中，出現(xiàn)凍害是一種比較常見的現(xiàn)象，如果不進行及時有效的防護，會給建筑工程造成嚴重的破壞，本文結(jié)合張家口地區(qū)水利工程的防凍害問題展開一系列的分析和探討。

　　關(guān)鍵詞：張家口,水利工程,防凍害

　　張家口市崇禮縣地處季節(jié)性凍土地區(qū)，屬寒溫帶大陸性季風氣候，冬季干旱漫長，夏季涼爽短暫，春秋多風。多年平均氣溫3.3°C，多年極端低溫-34.1°C，早霜始于9月中旬，晚霜終于5月下旬，無霜期平均103天，最大凍土深度1.47m。本文主要以張家口崇禮縣水利工程為研究對象，分析水利工程凍害的成因及防護措施。

　　在修建閘、涵、橋、跌水、渡槽、渠道襯砌等水工建筑物時，設(shè)計原則仍是繼承和借鑒常規(guī)的設(shè)計理論，但在使用中，工程凍害現(xiàn)象和破壞的程度及規(guī)模相當普遍，有些還很嚴重。破壞狀況有凍結(jié)時引起的凍脹、凍技和融化時引起的不均勻下沉及滲透破壞。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，研究和探討對凍土的利用、改造和對凍害的防治，要求在凍土地區(qū)修建的水工建筑物，結(jié)構(gòu)安全可靠，技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，有著特殊的意義。為防止凍害，目前建筑物設(shè)計除滿足基礎(chǔ)承壓要求之外，廣泛采用凍層以下深基防凍害破壞，無論建筑物大小與等級，一律將基礎(chǔ)置于凍深以下。有的工程基礎(chǔ)深達2m，60%的工程量埋于地下，這就大大增加了工程量和工程造價，盡管如此，有時也不能完全避免凍害。深基，當然是一種抗凍措施，但不是唯一的措施，應(yīng)當根據(jù)不同的工程性質(zhì)、等級和地質(zhì)條件，因地制宜。實踐證明，按暖土建筑理論來指導(dǎo)凍土地區(qū)工程設(shè)計，不但達不到經(jīng)濟合理，而且也保證不了工程的堅固耐用。

　　一、凍害的成因分析

　　水利工程凍害成因有很多，主要分為內(nèi)因和外因,其中地基土的凍脹、融沉、冰凍及長期凍融循環(huán)等是自然規(guī)律所產(chǎn)生的破壞作用屬凍害的內(nèi)因;而設(shè)計不合理、施工技術(shù)不正確和工程管理不好等原因是人為因素,屬造成水利工程凍害的外因。

　　(一)水利工程因為地基凍漲、融沉引起的破壞 。地基土中的水凍結(jié)成冰時體積膨脹,當這種膨脹足以引起土顆 粒間的相對位移時,就形成凍結(jié)時土體積的膨脹,即稱之為土的凍脹。 受水利工程基礎(chǔ)和側(cè)壁的約束膨脹的凍土會對相應(yīng)的位置產(chǎn)生較大的法向壓應(yīng)力。另外，由于冰凍作用水利工程基礎(chǔ)、側(cè)壁與凍土 產(chǎn)生膠結(jié)力,對土的凍脹產(chǎn)生了切向約束作用,在不均勻凍脹的作用 下,對水利工程基礎(chǔ)、側(cè)壁產(chǎn)生較大的切向剪應(yīng)力。這些法向壓應(yīng)力和切向剪應(yīng)力統(tǒng)稱凍脹力。 當凍脹力足以造成水利工程產(chǎn)生不允 許變形或者喪失穩(wěn)定性時,構(gòu)筑物則產(chǎn)生凍脹破壞。

　　(二)低溫引起的水工混凝土凍融破壞?；炷恋膬鋈谄茐氖侵杆せ炷两ㄖ镆延不幕炷猎诮?水飽和及潮濕的條件下,由于環(huán)境溫度的變化,使混凝土內(nèi)部的孔隙 水凍結(jié)膨脹、 融解松馳產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力而造成的混凝土由表及里逐漸 剝蝕的破壞現(xiàn)象,它是寒冷地區(qū)水工混凝土建筑物破壞的主要類型。特別是中小型建筑物,混凝土因凍融作用而產(chǎn)生的剝蝕幾乎占100%。凍融破壞主要發(fā)生在建筑物的水位變化區(qū)、溢流處、取水口及擋土墻 等處?；炷恋膬鋈谄茐膹陌l(fā)生原因來看，主要是有以下兩個原因引起的：(1)在低溫浸水條件下混凝土凍融循環(huán)破壞。這種破壞的基本特征是：已硬化的混凝土在低溫——常溫的循環(huán)條件下，混凝土內(nèi)部的微孔、微裂隙和毛細孔內(nèi)的水從液態(tài)到固態(tài)往復(fù)循環(huán),經(jīng)過多次凍結(jié)和 融解產(chǎn)生微變形,使混凝土內(nèi)部逐漸受到損傷。(2)早齡期受凍融破壞。這種破壞的主要特征是：混凝土內(nèi)部在受 凍之前,沒有足夠的抗壓強度，微孔內(nèi)和毛細孔內(nèi)的游離水(105℃可 蒸發(fā)掉)凍結(jié),表現(xiàn)為強度的降低以及引起外形的變化。另外，一些工程在秋季停水以后施工，由于混凝土齡期較短氣溫達到零下而產(chǎn)生冰凍，春季融化后混凝土疏松發(fā)生了破壞。還有在冬期施工中摻用一些含鹽的防凍劑，這類防凍劑對混凝土的抗凍耐久性能也有不良的影響。

　　(三)水利工程由于冰荷載所引起的破壞。在寒冷地區(qū),冬季河流、水庫、湖泊等水域、以及露天水池、輸 水渠等都有不同程度的結(jié)冰、封凍、解凍的過程,冰層厚度自0.3～ 1.5m不等。在封凍、解凍期間,水工建筑物因受靜冰壓力或動冰壓力 作用而造成破壞,特別是水庫、大型蓄水池工程更為嚴重。4、大型水利工程低溫變形引起的破壞大型的水利工程或體形較細長的水利工程(如輸水涵洞、渡槽等)在低溫的影響下一般會發(fā)生較大的線性變形。受地基或其它相連構(gòu)筑物的約束，并將產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，從而發(fā)生破壞。

　　二、凍害的防護分析

　　水利施工中的防護工程主要為三種，一是地基凍脹防護，二是土工建筑物凍害防護，三是混凝土建筑物凍害防護。

　　水利工程產(chǎn)生凍害的外界條件是負氣溫和水。細粒土和混凝土孔隙中的水分以及水庫水面在負氣溫下會結(jié)冰，產(chǎn)生凍脹和靜冰壓力;地基土的凍脹使水閘、溢洪道底板隆起裂開，橋梁、渡槽樁基凍拔;混凝土孔隙中的水分凍結(jié)融化交替作用可使混凝土嚴重剝蝕。水庫的靜冰壓力和解凍時碎冰塊的撞擊會破壞壩體護坡和使水塔等水工建筑物的墩、柱發(fā)生歪斜、斷裂。

　　三、凍害具體防護措施

　　地基凍脹防護：對建筑物的凍脹性地基，可采取隔斷外水補給來源，排除地表水，降低地下水，冬季放干渠道、涵管、渡槽積水等措施;也可在建筑物表面用稻草、爐渣、泡沫混凝土、玻璃纖維、聚苯乙烯泡沫等保溫材料覆蓋，使土層不致凍結(jié)或減少冰凍深度;樁基和擋土墻在凍深范圍內(nèi)的部位涂刷厚2～5mm渣油、低溫瀝青、潤滑油等憎水材料，以減少切向凍脹力。

　　土工建筑物凍害防護：主要表現(xiàn)為臨水壩坡、堤坡凍脹隆起和受冰推破壞，以土壩護坡為最。防護凍脹可按反濾原理采用足夠厚度的砂礫石料,做好護坡墊層,并用大石塊護砌緊密。防止冰推的措施有：①用人工機械破冰，即沿壩線前緣開鑿0.5～1.5m寬的不凍水槽,隔斷冰壓力的傳遞;②在水下壩坡表面鋪塑料薄膜引滑，在冰層內(nèi)人為造成滑動斜面，使冰層膨脹時沿塑料布所在的斜面滑動，以消減冰壓力;③調(diào)節(jié)水位，根據(jù)中國新疆、黑龍江幾座水庫的經(jīng)驗，控制水庫水位一定的升降速度，可消除冰壓力破壞。

　　混凝土建筑物凍害防護：在混凝土建筑物水位變化帶，易因反復(fù)凍融而剝蝕。建設(shè)和修補時，可采取提高混凝土抗凍性能的措施，如選用抗凍性較好的水泥和高標號混凝土、降低水灰比、在混凝土中摻塑化劑和加氣劑及硅粉等。施工中,要提高混凝土表面的光滑度,如模板涂蠟、鋪塑料布或用鋼模板等。為防止混凝土建筑物遭受靜冰壓力、動冰壓力的破壞，可采用的方法為：①用機械或人工破冰，使建筑物與水面接觸處形成不凍水槽;②用壓縮空氣吹冰，即通過吹入壓縮空氣使上下層水強制對流或用潛水泵將溫度較高的深層水抽上來，向建筑物正面噴射，維持建筑物周圍水面不結(jié)冰;③電熱法，即用電熱管等加熱器直接或間接使物體加熱，此法效果好，但費用較高，只適用于小面積的門槽邊側(cè)和底部。有些國家試驗用有機硅和氟化液及其他聚合物涂層減少防護面與冰的凍結(jié)力，或用防凍劑使水的凍結(jié)溫度降至冬季氣溫以下，達到防凍目的。對于大冰塊對建筑物墩、柱、閘孔的撞擊破壞，可采取破冰措施減小冰塊尺寸，防止大面積碰撞和人工導(dǎo)引冰塊過閘等辦法減少破壞。

　　結(jié)束語：分析地區(qū)水利工程的凍害成因，制定相對應(yīng)的防護措施，積極防護，可有效的延長水利工程的使用壽命，不公節(jié)省工程投資，同時能省去大量工程修復(fù)的人力物力的浪費。