水工建筑物抗冻技术的研究

鞠丽秀

黑龙江农垦科技职业学院 黑龙江哈尔滨 150431

摘要：水工建筑使用的过程中，抗冻技术的使用是十分重要的，但是建筑工程的结构形式也存在着比较大的差异，所以不同的建筑结构形式也需要采取不同的抗冻技术，本文主要分析了水工建筑物抗冻技术的研究，以供相关人员参考和借鉴。

关键词：水工建筑物；抗冻技术；工程结构

水工建筑在投入使用的过程中会受到外界环境的影响，尤其是在一些温度相对比较低的地区，水工建筑冻害现象，所以为了保证水工建筑的正常运行，采取一定的措施做好建筑抗冻施工是十分必要的，以下笔者就抗冻技术的具体实施进行简要的阐述。

1、水工建筑基本结构抗冻技术

1.1挡土墙抗冻技术

1.1.1结构措施

在当今的水工建筑中，挡土墙已经有了非常丰富的形式，相关人员对季节性的冻土进行了简要的研究，在这一过程中选择了平面和拱形墙面，经过了长期的试验，研究人员发现该结构属于一种柔性结构，这种结构自身具备良好的冻胀适应能力，同时该结构在工程造价方面也占据着很大的优势，它要比悬臂式挡土墙节约30%到40%的工程成本。

装配式空箱挡土墙也是一个非常常见的结构形式，这种结构在我国东北和西北等地区已经使用一段时间，为了能够实现更好的抗冻效果应该对箱格的施工质量予以严格控制，在施工的过程中，应该在箱格的内部填充一些抗冻性比较好的砂砾土，同时在施工的过程中还要重视错缝的组合形式，这样才能保证结合面的强度，采用这样的施工方式还可以防止大量的水渗入到结构中，如果施工中采用不当的处理方式就很有可能使得箱格出现裂缝，从而影响了结构自身的安全性和稳定性。

在上个世纪70年代，我国的土工结合材料发展速度较快，同时筋土技术也有了很大的发展，在这样的背景下，筋土挡土墙技术使用的领域更广，范围也更大，一些科学家也认为织物加筋结构对控制结构变形有着非常重要的作用，所以结构整体的安全性也有了很大的提升。

1.1.2换填措施

在挡土墙基础和墙的背面回填一些非冻胀土可以有效的减弱墙基和墙背部所承受的冻胀应力，这样也实现了对冻害的有效控制，这项措施不仅在国外有着较为广泛的应用，同时在国内的很多地区也有着比较广泛的应用，在该技术施工的过程中主要是要采取措施确定合理的换填断面，国外的一些发达国家采用的是从墙背部引和地面成40度的线这条线要和冻结线相交，最终形成一个交点，换填的效果是非常好的，换填率甚至可以达到100%，我国的有关专家在这一基础上也做了一定的研究工作，提出了一种实施起来比较方便的方法，我们将这种方法称作三点连线法，在进行换填施工时一定要注意的是换填土中的水分在排水期有排水通道。

1.1.3保温措施

做好保温施工可以很好的减弱或者是消除回填土的冻胀作用，现阶段聚苯乙烯泡沫保温材料受到了国内外专家的肯定，这种泡沫有两种铺设方式，一种是单向铺设，一种是双向铺设。单项铺设主要就是在施工中将泡沫板沿着墙背部进行铺设，这种施工方法可以使得墙后部土体的双向冻害为单向冻害，所以能够实现对墙体的保温作用。而双向铺设方式是在填土面下水平铺设和墙背面铺设的方式结合在一起，这种铺设方式在效果上要比单向铺设方式好，但是需要注意的是泡沫的厚度要经过仔细的计算。

1.2底板抗冻技术

1.2.1结构措施

将板基做成反拱形状，也就是我们通常所说的反拱底板，这种结构具备良好的抗压性能，同时其能够利用自身的特点抵挡冻胀产生的不利影响，在施工中主要使用爆帐扩桩来对底板进行有效的支撑，底板和钢筋混凝土结构相互配合形成一个相对比较稳定的结构，这种结构的刚度和强度要比其他结构更强，研究人员研究出了一种整体钢筋混凝土结构基础，这种基础结构对抵御冻害有着非常重要的作用同时结构自身的性能也得到了一定的提升。

1.2.2换镇措施

板形基础冻害主要是基础下土体法向冻胀力引起，换填非冻胀性土，可削弱法向冻胀力，对板形基础基底换填法效果明显.水平方向换填范围起码和基础宽度一致，最好沿基础边缘向外延伸0.7倍冻深.换填深度一般为最大冻深的70%—90%，当地下位较低时取小值，地下水位较高时应达全部冻深.当地下水位接近地面，除换填外更应结合排水措施。

1.2.3排水隔水措施

对于一些排口跌落差相对较大的建筑结构应该在施工的过程中充分的利用出口的较低排水出路这一优势条件，在其板形基础的下端设置符合建筑结构形式的排水设施，这样就可以排出基础下部的水分，如果土层中包含一些承压能力较弱的防水层时，通常都会采用盲沟与排水设施联系在一起，在设置排水沟的时候还要充分的满足整个建筑物在防渗方面的相关要求。研究人员研究出了一种隔层封闭基础措施，在距离冻土层比较近的地方要使用一些防水材料将其包裹起来，同时还要做好土基的夯实工作，这种方式在中型或者是小型的工程中有比较好的效果。

1.2.4保温措施

地基和基础的隔热保温措施目前使用的有空气保温、蓄水保温、聚苯乙烯泡沫板保温、陶粒膨胀珍珠岩混凝土保温.黑龙江省水科所研究了叠层、夹层、空心板三种具有保温基础的结构型式，认为叠层式能充分发挥材料的保温效果.研究了水平保护和竖向封闭两种布置方法，认为前者较后者有明显优越性.还对四种材料进行底板保温效果对比试验，保温效果的顺序是：聚苯乙烯泡沫塑料板、水、陶粒膨胀珍珠岩混凝土、空气.采用保温基础是涵、闸工程抗冻技术的一项具有突破性的抗冻措施，使基础可能成为轻、簿结构。

2、渠系水工建筑物总体结构型式抗冻技术

2.1水闸

2.1.1一字闸

一般开敝式水闸各段基础都在冻深以上，基础底板受法向冻胀力，翼墙及边墙受水平冻

胀力，极易受冻害破坏.所谓一字闸是将开敝式水闸的上下游翼墙和闸室的底板、闸门、工作桥、启闭机等集中在一块竖直的板上，板底深入冻深以下，两侧深入渠岸，平面上呈一字形，故称一字闸。其结构布置紧凑、恒载集中.由于将基底变“面”为“线”，彻底消除基底法向冻胀力，仅存在冻层与板侧之间的切向冻胀力，再采用换填、涂憎水材料等措施还能减弱和消除这种力，故总的冻胀力大大减小。

2.1.2筛网式消能工和其它消能工

相关人员研究出了一种新型的技术消能率可达74%^-85%，个别可达95%，消能效果好，由于筛网由柱架空，因而抗冻性好，是一项消能新技术，有发展前途.配合一字闸作下游消能工使整体一字闸抗冻性能非常好.根据落差和单宽流量不同，筛网可采用单层、双层或多层.除筛网消能工外还可采用其它有效的消能工及輔助消能工，所以也在很多工程中有广泛的应用。

2.2桥、渡槽

2.2.1单跨枕梁桥（渡糟）和三跨双总臂桥（渡糟）

当桥沟跨度不大，适宜单跨时，对荷载不大的农桥及小渡槽在两岸采用枕梁式基础，一般枕梁断面不大即可满足地基承载力和稳定要求，下部采用沙基换填，以减少枕梁冻胀和变形.这种结构的优点是工程量小，便于施工，由于边坡水易排出，加之基础换填，冻胀变形能力小，简支梁结构适应冻胀变形能力也好.

2.3涵洞

以刚性底板涵洞为例，为增加涵洞的整体性，减少基础不均匀变形，防止各节间产生相对变位，在涵洞底增设一整体混凝土底板，成为刚性底板涵洞。

3、结语

水工建筑在使用中要受到很多因素的影响，尤其是环境方面的因素对其使用功能会有比较重大的影响，我国水工建筑抗冻技术研究开始的时间相对较晚，但是经过很多研究人员的共同努力已经有了很大的发展和进步，所以一定要在以后的工作中不断的对这一技术进行深入的研究和推广。

参考文献：

[1]齐淑珍，张国友，陈实.关于冻胀问题的探讨[J].东北水利水电.2004（03）

[2]苏章来，封金祥.水工建筑物在寒冷地区的抗冻技术研究[J].科技信息（科学教研）.2008（03）