1、冻胀性破坏对水工建筑的影响【摘要】 冻胀性破坏的会减少水工建筑物及构筑物的使用寿命，使其面临极大的安全隐患，因此需要对水工建筑的冻胀破坏性进行综合的治理。本文首先对冻胀土进行阐述，然后分析了冻胀土对建筑及构筑物的影响，最后根据多年施工经验，提出了预防水工建筑产生冻胀性破坏的有效措施 【关键词】 冻胀性破坏；水工构筑物； 土层冻胀性 一、产生冻胀土的机理及影响因素 1.1 产生冻胀土的机理 在寒冷地区，当温度等于或低于 0时，含在土壤空隙中的水会结成冰，使土体积产生膨胀；当气温升高，冰融化后体积缩小而下沉，由于融化、冻胀深浅不一，导致水工建筑物及构筑物不均匀下沉，从而出现裂缝、倾斜甚至倒塌的现象
2、。对于经常发生季节性冻胀的土地来说，该地区已经经过了多次的冻融循环，因此当地的土孔隙比相对来说是比较大的，而土层在冻结期面临的一个主要问题就是不均匀的冻胀，所以在冻结期的土层表面形成的是一种凹凸不平的曲面，这种曲面的存在，使得部分位置因凹凸不平而形成了孔缝，因此形成了冻土的负压区。由于负压区的存在，使得更多的水分迁移到该部位，这些水分结冰之后形成了冰夹层，非冻结地区的水分会随着这些力量向已经发生冻结的地区进行迁移，因而使得冻结土层的含水量越来越多，土地冻结的面积也越来越大，并且冰夹层的存在使得该部位的体积增大并膨胀了 9%，进而出现了冻土层的内压力，这种对基础挤压和抬起的能力就是人们常说的冻胀
3、力。严重冻胀，会使地表出现冻胀丘、隆岗和冰冻裂缝等。 1.2 产生冻胀土的影响因素 土在冻结状态时，有较高的承载力和较小的压缩性，甚至无压缩性，但冻融后承载力大大减弱，压缩性增高，产生大量融沉，对地基的稳定性影响很大，常造成建筑物裂缝、倾斜、倒塌。冻胀性破坏出现的原因不仅与当地的土质类型有关，还与当地的水质和温度有关，影响土冻胀的主要因素包括： 1.2.1 水的因素 土层在发生季节性冻胀的过程中，土层中的含水量和是否有外部水源补给都会影响其产生冻胀的程度，因此，在研究水工构筑物的冻胀性破坏时，还要注意研究当地土层的含水量及地质情况。 1.2.2 土体的类型 在严寒季节，不同的土体类型的冻胀程度
4、是不同的，土颗粒愈粗，含水量愈小，冻胀融沉就愈小（如砂类土基本不冻胀） ，反之就愈大如粉砂粘性土） 。一般来说，细粒土的胀程度是比较严重的，粘土、粉质亚粘土、粉质亚砂土以及含较多细颗粒的土体，由于自身的特点，使得冻胀时吸收的水分更加多，结果导致这几类土体的冻胀量是最大的。 1.2.3 环境温度 如果当地的负温总量大，那么对土层的冻结深度就会越来越大，进而导致土层的冻胀总量也随之增加，这就是环境对土层冻胀性的影响。 二、冻胀性破坏对水工建筑及构筑物的影响 水工建筑物的基础形式及基础在冻土中的位置不同，所受到的冻胀力也往往不同，基础建筑物及构造物受到的冻胀力可能是单一的，也可能是综合的。水工建筑发
5、生冻胀性破坏最直接受到影响的就是水工混凝土，造成水工建筑出现安全隐患，冻胀性对水工建筑的影响主要表现在以下几个方面： 2.1 对混凝土的影响 水泥中不同矿物成份和水泥的品种对混凝土的耐久性都有较大的影响，所以土层的冻胀性会对水泥中的成分产生影响，那么就会对混凝土造成一定的影响； 2.2 对外加剂的影响 在水工混凝土中加入适当的外加剂，以改善冻胀性破坏对建筑物及构筑物的影响，即在混凝土施工中掺加减水剂或引气剂可以对混凝土的内部结构产生改变，进而对混凝土冻胀的作用产生改变，这种一般都用来提高混凝土的抗冻性，以便大大降低混凝土的冻胀应力； 2.3 对混凝土施工过程的影响 配合比、硬化条件等都会与冻胀
6、性的影响产生关系，要注意施工工艺的选择与土层冻胀性的关系，进而注意对水工建筑物的影响。 2.4 对水工建筑材料的影响 最直接的就是要注意在水工建筑的施工中要尽量选择耐冻的建筑材料，尽可能的弱化季节性冻胀破坏对水工建筑物及构筑物的影响。 三、预防水工建筑冻胀性破坏的措施 3.1 排水措施 地基宜选在干燥较平绥的高阶地上，或地下水位低、土冻胀性较小的建筑场地上。尽量避开地下水发育地段（如有地面水流、地形低、易积水处） 。基础宜深埋于季节影响层以下的永冻土或不冻胀土层上。水是冻胀祸根，又是融化热源，在施工和使用期间应做好建筑物及构筑物的散水、排水、截水设施，防止雨水、地表水、生产废水和生活污水侵入基
7、础。在周围设置暗沟，以排走地表水和潜水流，避免基础堵水而造成冻结。 3.2 保温措施 保温措施是利用保温材料或利用水层改变负气温与土体的热交换条件，减少土的冻结深度或改变基土或回填土温度场的形状，从而达到削减或消除土体冻胀的方法。近年来，在季节性冻土区开始大量应用聚苯乙烯硬质泡沫板做的保温材料，造价低节省排水费用，施工简便、安净可靠，防冻效果好。在基础底板面铺一层硬质泡沫塑料，当土层冻深为 1.5米时，在地表铺上一层 10 厘米厚的泡沫，可保证其下部土层不发生冻结。3.3 防止水工建筑物及构筑物混凝土冻胀性的破坏 对于混凝土的冻胀性防护要做到事先预防、事中治理。所以在混凝土施工过程中必须根据情
8、况的不同，选择含有矿物成份不同与性能不同的外加剂、骨料、水泥，从材料方面来保证混凝土耐久性能，打好混凝土冻胀性破坏的预防工作。之后如果发生了混凝土的冻胀性破坏也要做好处理的准备，即利用水泥砂浆的修补方式可以用于混凝土的轻微表层破坏的修补；利用预缩砂浆修补的方式处理高速水流区混凝土表面的损坏；而对于混凝土冰冻破坏化较为严重的部位可以采用喷浆的方法进行最大程度的修补。 3.4 冻胀性地基改良措施 地基土质是决定地基冻胀敏感性的内部因素，而水分温度和压力条件则是决定地基冻胀敏感程度的外部因素。影响冻胀敏感性土质条件主要包括地基土的物理化学成分、土的颗粒组成和土的密度。当地或附近有较丰富和适宜的非冻胀
9、性土时，可采用换填措施，将冻层内冻胀土的部分或全部置换成非冻胀士，其置换比应视土质和地下水埋深而定。土质为砂壤土、壤土、轻黏土、地水深大于冻深加临界深度时，应置换冻深的 40%70%，地下水埋深小于冻深加上临界深度时，应置换冻深的50%80%，甚至全部置换材料下应铺一层防渗膜料，将含水量小的土压实并包裹起来，使之与外部水隔开，阻止上部水向冻结锋面迁移，防止地基地冻胀。 3.4 其他措施 对冬期开挖的工程，要随挖、随砌，随回填土，冬季地基不能交付正常使用的工程，应对地基采取相应的过冬保温措施。 四、结语 总之，对于水工建筑物及构筑物冻胀性破坏的防护要根据水工建筑所处的不同环境、不同位置以及冻胀性
10、破坏的不同程度来选择合适的治理方法与防治措施，要进行有效的防治，综合治理，防患于未然。应根据工程地点的气象资料、工程地质和冻土基本资料，并结合建筑规模、建筑材料及同类建筑抗冰冻经验，灵活运用抗冰冻机理，选择一种或几种抗冰冻措施，即保证水工建筑物及构筑物在冰冻环境下安全运行，又要经济合理。只有这样，才能在最大程度上解决水工建筑的冻胀性危害。参考文献 1魏剑波.水工建筑物的冻胀破坏和防治措施J.黑龙江科技信息，2007，11：206. 2魏希宝.水工建筑物抗冰冻的有效措施J.黑龙江水利科技，2012，03：395-396. 作者介绍：姚震，1987 年 10 月，男，大学本科，助理工程师，从事市政工程施工技术方向
