渠系水工建筑物的冻害调查与防治措施的探讨

'东北长学院学报第二期83一891983JournalofNortheastAgrieulturalCollege渠系水工建筑物的冻害调查与防治措施的探讨夏兆君(工程结构教研室〕。【摘要】季节性冻土在我国遍及长江以北的广大地区低温冻胀对田间水工建筑。,物的破坏是严重的为减小和防止这种危害笔者针对渠系水工建筑物的特点及运行规,,律进行了深入的调查研究气分析了某些现有工程破坏的原因总结了渠系水工建筑,“”、“”“”物某些防治冻害的成功经验提出了预防适应与抵抗三种基本防治措施。的论点、冻胀破坏的概况基土体的冻胀而使建筑物产生不同程度的不均匀变,,形轻者出现裂缝重者还会使原因及危害。建筑物不能使用如黑龙江省的查哈阳灌,,区支渠以上的112座骨干工程遭到不(一)冻胀破坏的概况,。同程度冻胀破坏的就有93座约占83%,在季节性冻土区渠系水工建筑物的。冻胀破坏是一种普遍存在的现象,、从地理位置上看西北华北和东北,。的辽宁冻害多表现在渠道及其衬砌上、,黑龙江吉林与新疆的部分地区由于寒,,冷季节长年平均气温低冻胀破坏则不,仅反映在渠道上而且还出现于中小型的照片1青每省国寺营灌区渠道砌石的冻,、渠系水工建筑物上诸如各种类型的桥胀破坏、、。涵闸坝等受害很多它们多是由于地(二)冻胀破坏的原因.本文6月29日收。于1982年到造成季节性冻土区水工建筑物冻胀破、笔者与黑龙江省水利科学研究所松花江地区水,。坏的原因可分为自然因素与人为因素利局、黑龙江省公安厅、黑龙江省水利工程学校的有关:同.在对我国西北地区的考察中,自然因素季节性冻土区的气候特点志一道考察西北水利、、,科学研究所、中国冰川冻土研究所和青海省水利科学研是寒冷季节长温差大年平均气温低究所,。,的有关同志给予了大力支持谨致谢意如黑龙江省海林县年平均气温为零下(83) 东北农学院学报1983年.,.,18℃最低气温为零下388℃历史最。坏.。,大冻深为202米冻结时为单向冻结冻:,人为因素除了以上的自然因素外深形,,、成中温度下降慢有利于水分迁移还有设计施工及运行管理上的人为因,,融化时为双向融化速度快致使土中水分。,目前我们国家还没有建立必要的素如,不能及时排掉因之常造成含水过多而引,抗冻设计规范从理论上把冻胀力作为一。起建筑物融沉破坏,种荷载考虑进去现行的规范以及土力学,,,除上述温度条件外渠系水工建筑物与地基的计算公式均采用暖土的很多,多为紧靠江河或位于穿越大片农田的,工程在设计中没有考虑冻胀作用而按暖、。灌排水渠道上地基土质多为河泥质粘,土地基上的工程物设计这也是导致建筑,。性土或粉粒细砂土颗粒组成中粉粒含量物发生冻胀破坏的原因之一考察中我们,,,,高粘粒含量低土质具有较强的冻胀还注意到在遭受破坏的工程物中建筑。性,材料与施工技术方面也存在一定间题如渠系建筑物的另一特点是经常在水流,,,水泥标号混杂数量不足质量不稳定施,。,作用下工作或者处于适宜水分迁移的环工中不好控制同时施工技术水平低人。,,境下冻前地下水位高土壤含水量大冻,材短缺运行管理不善也是一个普遍存在。。结2,过程中地下水下降缓慢随着冻深的不的问题如照片所示冻害使工程物开,,断发展地下水表面会逐渐接近冻锋面,,裂而由于管理不善则又使裂开的块石,。,有些水体还要变成微承压水使冻结锋面丢,失最终导致工程物丧失作用,能够得到足够的水源补给从而为水工建。筑物的冻胀破坏提供了天然条件从结构,上看渠系水工建筑物多是平面尺寸大,,上部荷载轻地基附加应力,小冻结过程中具有二向或多向冻结的条,、件不同部位所处的力场温度场与湿度。场不同由于结构在空间尺寸上薄厚相差,抵较大抗附加应力与附加变形的能力不一样,因此冻胀的,发生也是不均匀的首照片2浆砌石挡土墙受冻破叮、先在冻胀力大结构尺寸薄弱的地方发生,。基于以上原因渠系建筑物遭受冻害破坏的,,程度排水渠系比灌水渠系重浅基础当土体冻,结的相变过程完成以后随比深基础重,重力式结构比轻型结构重,,着负温度的降低冻后的土体还会出现收、,。砖木结构砌石结构比钢筋混凝土结构缩现象产宾裂缝这种裂缝多位于土体,。重小型结构比大中型结构重还应该指,与建筑物的相接部位春季以后由于这些,,出的是施工质量差的工程要比质量好的裂缝尚未很好愈合因此也为建筑物运行,,。工程易遭受冻胀破坏运行管理差的比后的水绕渗与淘刷提供了方便在防渗结。运行管理好的也易遭受冻胀破坏、、构局部破坏渗流绕渗和不均匀地基沉,降等综合因素作用下也会促成建筑物破 第二期渠系水工建筑物的冻害调查与防治咎池的探讨85(三)冻胀破坏的危害害的危害1.,由于冻胀破坏影响了水工建筑物的蓄使建筑物运行能力减退性质变、,。水灌水和排水防洪的能力降低了这些坏工程的效益,甚至使某些灌排系统处于瘫冻胀破坏不仅可以使建筑物的不同部。,、,痪状态汛期防洪和排水系统的失位发生裂缝向上抬起等变化而且还会,,严重,调还可能引起水流自寻出路改道自降低构筑物的运行能力使其性质变,,。,排造成剥走坡耕地耕层表土流失肥坏例如冻胀使闸底板上抬而降低过水,,。,、分出现冲沟毁坏农田等由于土地出能力进出口翼墙受水平冻胀力的作用,,、、现冲沟必然要相应地加大地表迁流减而发生内倾使闸门起闭困难渡槽端头少对地下水的补给,,使地下水水位下降与土体相接处防渗体受冻破坏而发生大量,、。从而又加重枯水年份的干早程度弓}起恶漏水影响使用等这些均降低了工程的。运,性循环行能力改变了原有建筑物的某些性5.浪费国,,家资金影响工程配套能严重者还会使整个建筑物遭到破坏而。渠系水工建筑物的冻胀破坏也是造成不能使用,2.,农田水利工程不配套工程效益不能充分破坏灌排系统减少灌溉面积。发挥的重要原因之一由于灌排系统的渠道和建筑物在冻害,、、、建国以来虽然我们在许多灌区涝影响下性质变坏能力下降及渗漏破坏,、,必然要导致整个灌排区陆续进行了大规模的配套续建工等各种问题的出现,,系统的效益降低,造成应该灌水的地方灌作但往往是这部分修好了那部份又冻,,,坏了每年在工程维修上都要耗费大量的不上应该排水的地方排不掉使得计划、。,。人力物力我省查哈阳灌区自解放以中的灌溉面积得不到保证,、,3.影响施工,来先后进行了五次整建配套工作国降低劳动效益,,家投资达到几千万元现在运行的工程有有些地方为了防止冻害片面强调采。,,些已进行了二次或三次重建尽管这样用深基础习惯于把建筑物的基础埋深到,,灌区仍不能完全配套设计的灌溉效益还最大冻深以下使基础工程量增加到总工。,50%,,是不能充分发挥因此我们认为切实解程量的30一而且越是小型工程基。决水工建筑物的低温冻害问题是季节性础工程量所占的比重越大、冻土区搞好水利工程配套充分发挥工程黑龙江省尚志县河东灌区的一个小分、水闸,闸高只有0.8,宽0.6,效益节约国家资金的主攻方向和急待解米米而基础。2,决的问题埋深却超过了米使得基础部分占据了。、总工程量的60%以上渠系水工建筑物座二渠系水工建筑物,。落在土基上离不开水对小型工程来说,在水中挖2,防治冻害措施的探讨米深的地基自然会增加某。_,些施工困难匕述这些往往是造成工期,多年来的工程实践使得我国各不同、、、,拖长成本高质量差劳动效益下降的省份和地区在防治渠系水工建筑物的冻。重要原因,害方面都积累了一些成功经验我们认为.、、、4加重农业早涝早霜等自然灾,“预防”这些经验概括起来可以归结为 86东北农学院学报1983年“”“”,以,适应与抵抗三种基本类型及利用空气保温的有空箱挡土墙渠道。。这三种基本类型的综合运用中的架空板与沥青玻璃纤维衬砌等这些,,(一)预防结构的特点是花钱不多应用方便都可以,。做成预制构件利于施工在具体应用中要预防发生冻害的常用措施有以下几,注意在承受水压力的迎水面做好封闭做:种::换填常用的基础换填方法有换、、、砂换填碎石换填渣油砂换填三合土。垫层与换填压实的粘土垫层等换填的共,性是阻止或消除水分迁移使冻结过程中,。生成整体的冻结结构而不产生冻胀,在采用基础换填时应注意设法消除。基础周围的冻切力基础换砂应严格注意,、,砂的质量以粗砂中砂为宜粉粒含量。,。。照月二找。心刚,J’小件恤敬运术用水保温应控制在12%以下在换填透水料的地基,。好接缝以免水体渗入造成墙后或板下土中要做好防渗与排水工作在采用压实粘。,1.6~体的过饱和状态而引起冻胀土垫层换填时干容重应控制在、.。在采用硬质泡沫塑料浮石混凝土和1:65以上需要进一步研究的是基础换,陶粒珍珠岩混凝土这些强度较大的保温材;填随着时间的拖长抗冻性能能否下降,,料铺设于基础底面保温时还应注意材料存有渣油沥青的老化砂和碎石的空隙在的老化与抗渗性能方面的实验,因这种防;长期渗透作用下能否被粉粒填塞及经常。,护形式的基础一经做成是不便维修的处于饱水状态下经过多次冻融循环后压:。排水与隔水对于高填方渠道及渠道实粘土的干容重能杏下降等问题这些都,,。上的建筑物采用某种排水设施降低地有可能会重新引起建筑物的冻胀破坏下水水位,、也是一种行之有效的顶防冻害:空保温常用的基础保温材料有水。,、、、、、的方法在那些不便排水的地方也可以气冰雪草筏子炉渣硬质泡沫塑、。采用铺设隔水层或用化学灌桨的方法使某料浮石混凝土与陶粒珍珠岩棍凝土等一,,层土体固结切断水分的垂直补给从原理是采用导热系数小的保温材料减。而减少或避免冻胀常用来做隔水层的材,小基础冻深改变基础下土体的温度场和。料有油毡纸和沥青麻袋隔水层可以做成,水分迁移的方向使基础下土体的水分向。一,,层也可以做成几层周围冻结锋面水平迁移从而使基础不产,。化学灌桨是一种新方法使用压力把生冻胀或大大减小冻胀的程度、,水玻璃络木素等化学物质灌入土体中在采用蓄水保温时要注意冰压力对建、。从而胶结土体阻塞水分迁移的通路该。筑物的破坏作用在基础表面采用铺设干,方法不仅防冻胀的效果较好而且可以、、,草草筏子炉渣等保温时要注意保持。加固软弱地基在化灌方面所存在的问题,因干燥为这些材料吸水后保温效果会降、、是材料来源少价格贵设备与技术力量。低。不足等 第二期渠系水工建筑物的冻害调查与防治措施的探讨。-,(二)适应而变化不影响交通这种桥我们常称作,,枕梁桥在我省绥化县运用较多也较使结构适应冻胀变形的常用措施有以。:早下几种,:当结构不允许有较大竖向位移时可选用适应冻胀变形的材料塑料薄、、以利用相对位移的办法来适应土体的冻胀膜沥青玻璃纤维布渣油及乳化沥青。,,变形例如用活性剂渣油涂抹基础桩的等这些适应冻胀变形的柔性材料在青,,5、、、表面涂抹深度要大于冻深厚度约~海新疆陕西甘肃等西北地区的渠道,,,、10毫米使桩与冻土隔开土体冻胀变形防渗与抗冻上应用较多具有经济实,、。时与位发生相对位移可以避免冻切力产用施工速度快等特点。,生的桩体上拔油包桩与活性剂渣油涂抹采用这些措施时应注意施工过程中,、桩相类似应用时要注意包桩的油毡纸能的机械损伤与建筑物运行过程中的人畜,、。否上拔黄油能否挤出及黄油和油毡纸的损坏自然老化等问题要加强管理与维。,老化问题修也可以考虑在这些柔性材料上面加设。对于挡土墙还可以考虑墙后用柔性材某种保护设施,:料回填以便冻土与墙体间能产生相对位改变建筑物的形式与结合为适应冻。,移适应冻胀变形最常用的柔性回填料是胀变形可以适当考虑改变建筑物的形状,,。草筏子它具有较好的保温性与抗腐性与建筑物各部件间的结合方式例如变整,,可以减少冻深并能起到一定的缓冲作体浇筑的工程为装配式采用螺栓把钢筋,,。用相当于两块刚体间加了一块海绵对混凝土构件连接起来入冬之前把螺栓放。,,消除水平冻胀力与切向冻胀力尤为明显松允许构件产生一定的变位春季放水,(三)抵抗前再把螺栓重新旋紧使建筑物投入运。行抵抗冻胀发生的常用措施有以下儿在改变结构造型以适应冻胀变形方。种,、面近年来应用较多的是一字形闸筛网:重力式抵抗措施系指用结构本身或。消能与悬臂式跌水等它们的共同特点借助某些可以利用的外部荷载来改变地基,,是减少结构的薄弱环节缩小建筑物与,土体应力场从而抵消地基土冻胀力的一。,地基的接触面积如一字形闸将原来小,种防治措施对于防止结构的竖向冻胀破,型闸的进出口段翼墙闸室全部布置在一。,坏有一定作用采用这种办法时应尽量缩,条垂直于水流方向的挡土墙上使原来几,。小结构的平面尺寸增加地基应力一字个部位都需要防冻的平面缩小成只须在闸、,形闸深埋的细径桩等也都具有这方面,以便做室部位防冻的一条线上防冻处。,的长处板基蓄水保温一方面能控制地。理,基的温度场另一方面也加大了结构重:允许结构有位移和相对位移对于竖,。力所以效果较明显,向位移要求不太严格的建筑物如跨越渠:采用自锚结构常用的自锚结构有爆,.道的农道桥等可以将这些结构做成简支、,扩桩自锚梁与负压力扩大基础等分别。,的两端各放一个枕梁做支承在土体发、,用爆扩大头反力横梁与扩大基础来起、,生冻融变形时桥身可以随枕梁的升降。,锚定作用由于桩在暖季承受压力寒季 一198388东比双字院字很年.~~~~一--~-~-一一-一-一一一--一一,一一一。又承受拉力所一以在采用时要一对桩一进行抗一出口部分采取防冻-措施,以(四)综合运用三种基本措施压和抗拉两个方面的计算保证桩不发。,“”、“生压坏与拉断根据不同情况把预防适”“”,,应与抵抗三种基本措施统筹考虑井式跌水也是一种自锚结构特点是,。,综合运用防治冻害的效果会更好例水直接跌入消力井中消能后经过深埋在,,,如一个三支点的枕梁桥在枕梁下设砂冻层以下的薄壁涵管流出具有抗冻效果,、、、。石垫层可以切断冻胀时下卧层的水分补好省工省料施工方便等特点应用,“”。时要注意设法消除竖井上部的冻切力和在给是属于预防性措施枕梁允许上“”;下变位以适应冻胀变形而中间支点的桩则可以采用深埋或扩大式爆扩桩来。“”抵抗冻胀力这类综合防治的工程是。大有潜力的参考文献[1]陈肖柏,,19780冻土力学与地基基础[2]徐绍新,我国水力工程中的冻土科研与实践01981.,舀IJ.二L尸‘rlr.声吮勺口,刀.,,1照片4施工中的井式跌水许正海季节性冻土与水工建筑物980.,,.刘洪绪冻土力学研究报告集1980管枫平,水工挡土墙水平冻胀力的研究,。1981〔6]夏兆君,关于寒冻裂隙的研究,1981。··[7rn盆己zyPoa:中双z班Ro一MexaH双3ec砚盆e].eBone口ka从ePzl五HxrPvato。:1965fs_I·A·Tsytovic:TheMoe五a二ie:ofNroze皿grounFd1978照片5运行中的井式跌水 第二期渠系水工建筑物的冻害调查与防治措施的探讨89一人Nl认VESTIGATJONANDPREVENTIONOF乡ROSTDA入遭AGEFORSMALL一SCALEHYDRAULICENGINEERINGXaao一un1ZhjABSTRACT一Thedamageofs且lallsealohydraulieengineeringwhieheausedoonzraureneoreon,5serous.norerobylwtpotildgi1iIdtreueeanreventthisaage,aotonvestigdtionsaeenddpdmlfihdb。madeinthenorthernpartsofoureountr了aseontheanassoeaineauseo,eseaageseBdlyifthmfthdmthauthorproposesthemethostoprevent,reueeanaapttodddder.1eumstaneeandkeepthefrostdamageu口dereontrol'