东港沿海地区水工建筑物防治冻害技术措施

2014-04-06王冶志

水利规划与设计 2014年5期

关键词：东港抗冻水工

王冶志

东港沿海地区水工建筑物防治冻害技术措施

王冶志

（东港市铁甲水库管理处辽宁东港 118300）

本文针对东港地区冬季寒冷水工建筑物遭受冻融破坏，提出了水工建筑物防治冻害技术措施，为控制水利工程质量提供了参考依据。

水工建筑物冻融抗冻性防治冻害技术措施

1 前言

辽宁东港地区在全国综合自然区划中，属于南温带湿润区大陆性季风气候，建筑气候区划上东港在Ⅱ区，属于寒冷地区。市区地理座标为东经 123°38′，北纬40°07′。东港地区东西最大横距65km，南北最大纵距约50 km，总面积3354 km2。东港地区年平均气温8.1～9.5℃，年极端最高气温33～36℃，极端最低气温-22～-37℃，一月份最冷，月平均气温-7.8～-15℃，结冰期110～135天。 2012年冬季平均气温南部为-7.1～-7.8℃，北部为-9.3～-11.3℃， 2012年12月份，由于冷空气活动频繁，且势力偏强，造成气温异常偏低、降水特多的气候异常时段。月平均气温南部地区为-9.0～-8.0℃，北部地区在-12.5～-10.5℃之间。截止到2013年2月末，全地区最大冻土深度86cm。漫长而寒冷的冬季造成的冰冻和土的冻胀作用，使数不清的各类水工建筑物遭到严重破坏。其中渠系建筑物破坏尤为严重，水库堤防、坝坡和进水塔、水电站取水建筑物的冰害现象也极为普遍。有必要针对本地区水工建筑物防治冻害技术措施进行研究。

2 防治冻害技术措施

2.1设计方面

东港地区土质属于海相淤泥类土，含有较多的有机质疏松软弱粉质粘性土，冻层一般0.9m左右。设计时考虑利用建筑物结构的形状、强度和整体刚度等因素来减少土冻胀力对建筑物的破坏作用，从而保证其稳定和正常运行。设计时要增加基础深度，同时选择多种扩大式基础：扩大式桩、墩基础、阶式基础，深度一般不小于1.0～1.2m。这些基础可起到抗冻拔和增大承载能力的双重作用。

设计采取的措施属“永久性”措施，在建筑物抗冻方案选择时，应作为首选方案。设计时应注意保证结构的整体刚度和构件强度，以满足抵御冻胀力或适应性冻胀变形的需要。

2.2施工方面

2.2.1 确保回填土压实17

建筑物主体工程完工后，基础至正常水位之间回填土方，利用粘性土夯实。压实土具有长期稳定性，土体中孔隙小，含水量极低，结冰后就无冰晶体存在，减少土体的冻胀，随土体密度的增大冻胀性降低的特性达到防治地基冻胀的目的。此措施具有就地取材、施工简便、防治成效显著等特点，可广泛适用于各种类型建筑物。

2.2.2 换填措施

过饱和的淤泥类土，在负温作用下，土体中的液体水变成固体的冰晶体，导致体积膨胀，土体变形隆起，处在这种冻土上的水工建筑物，就会受到土体变形时产生冻胀力影响。砂性土为较粗粒径的颗粒，孔隙大，渗透性好，在冬季常处于疏散状态，受冻胀影响小，变形小，因此采用基础换填，以减少冻胀力对建筑物影响。常用的基础换填方法有：换砂、换填碎石、换填三合土垫层与换填压实的粘土垫层等。

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，粉粒含量应控制在12%以下，在换填透水料的地基中要做好防渗与排水工作。

2.2.3 合理设置伸缩缝、沉降缝

东港市水资源丰富，农田以水田为主，灌溉渠道从干渠、支渠…农渠纵横交错，渠系及其建筑物由于冻融产生的不均匀沉降而导致破坏比比皆是，近十年来渠系改造工程，采用分缝分块措施。合理的分缝、分块能够有效减轻冻融对水工建筑物的破坏，尤其是渠系建筑物。分缝、分块的大小由工程结构而定。在施工中，伸缩缝、沉降缝要格外引起重视，严格加以控制，确保工程质量，保证工程在运用过程中，块体沉降的整体性，伸缩的有效性。

2.2.4 物理措施

保温和隔离法是防治地基冻胀的有效的物理方法。

保温法利用保温材料在基础及周侧防止地基冻结或减少地基冻结深度的方法属物理化学措施之一。近年来，聚苯乙烯泡沫板在板、墙防冻胀地基中已有较广泛的应用，该种材料的低导热性和基本不吸水特性，对防止地基冻结有较好效果。

隔离法是将建筑物底部易冻胀的土体用防渗材料包裹起来，切断水的入渗和控制地基的含水量，以阻断冻结期的水分迁移而形成强冻胀，属地基土物理改良措施之一，已在工程实践中取得了一定效果。

3 合理选择原材料及混凝土的配合比

3.1选择高抗冻性水泥

选择抗冻性好的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，尤其是冬季施工的首选。国内各种水泥的抗冻性从高到低依次为：硅酸盐水泥>普通硅酸盐水泥>矿渣硅酸盐水泥>火山灰硅酸盐水泥。根据工程不同使用部位和工程环境条件选用合适的水泥，选用的水泥强度等级应与混凝土的设计等级相适应，同时优先选用强度等级较高的水泥。

3.2骨料

混凝土的骨料质量对抗冻性也有一定影响，骨料含泥量大于3%的天然砂会使混凝土的抗冻性降低，骨料级配不连续也会使混凝土的抗冻性降低，吸水率大的吸水性骨料和尺寸大的粗骨料，在冻融中宜产生破坏。另外，骨料杂质含量、坚实性、风化程度等都直接影响混凝土的密实性、抗冻性。应优选洁净、级配良好的中砂和级配良好、孔隙率较小的粗骨料，同时水工混凝土应采用非碱活性的骨料。

3.3外加剂

外加剂的选用应根据混凝土的性能要求，施工需要，结合工程原材料的实际情况进行适应性试验，然后根据试验确定外加剂的种类和掺量。有抗冻要求的混凝土必须掺加引气型外加剂，以提高混凝土的和易性和抗冻性，并严格控制混凝土的含气量；冬季施工时，必须掺加防冻型外加剂，以提高混凝土早期强度，从而减少混凝土的早期冻害。

3.4水灰比

水灰比偏大，单位用水量偏多，在冻融过程中产生的冰膨胀压力和渗透压力增加，降低了混凝土的抗冻能力。采用合适的水灰比，可提高混凝土密实性、抗冻性。水灰比的大小，直接影响混凝土孔结构及孔隙的多少。《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）规定小型工程抗冻混凝土水灰比，根据不同的水工结构和构件混凝土抗冻等级，最大允许值为0.45～0.58。