水工建築物防禦凍脹措施

水工建築物凍脹破壞的原因非常複雜,主要與土體的類型、水和溫度有關,但是還涉及到設計、材料的套用、施工和管理等各個方面,因此,要進行有效的防治,綜合治理,防患於未然。防治水工建築物凍害的方法有換填法、物理化學法、保溫法、排水隔水法和設計結構措施等幾種。應根據工程地點的氣象冰情工程地質和凍土基本資料，並結合建築物規模建築材料以及同類建築物抗冰凍經驗，靈活運用抗冰凍機理，選擇一種或幾種抗冰凍措施 即保證水工建築物在冰凍環境下安全運行，又要經濟合理。

基本介紹

• 中文名：水工建築物防禦凍脹措施
• 外文名：The measures of hydraulic structures defensingfrost heave

保溫措施

負氣溫是產生土體凍脹的主要影響因素之一 。保溫措施是利用保溫材料或利用水層改變負氣溫與土體的熱交換條件，減少土的凍結深度或改變基土或回填土溫度場的形狀，從而達到削減或消除土體凍脹的方法。

排水隔水措施

襯砌渠道

1) 排水措施

當凍融層或置換層下不透水或弱透水層較薄，深層地下水埋深大於工程設計凍深時，可在渠底每隔10～20m設一眼盲井，使凍融層或置換層與地下水連通 當渠床的凍融層有排水出路時，可在工程設計凍深底部設定縱橫向排水暗管，把渠床凍融層中的重力水或渠道旁滲水排出渠外 對冬季輸水的襯砌渠道，當渠側有旁滲水補給渠床時，可在最低運行水位以上設定反濾排水體，排水口設在最低行水位處，將旁滲水排入渠內，避免浸濕渠床。

2)隔水措施

當地下水深埋且無旁滲水補給時，可在襯砌體下鋪設聚乙烯薄膜或土工膜; 襯砌體與膜料間可用25號水泥砂漿做過渡層。

板型基礎

無防滲要求的板型基礎排水措施與襯砌渠道相同 。隔水措施主要是土工膜封閉法，這是一種消除地基凍脹的有效方法，是將天然地基進行開挖晾曬脫水至塑限含水量後回填，回填時利用土工膜進行隔層封閉處理而形成的一種人工地基。封閉平面範圍是沿基礎平面輪廓線向外加大0.5m 回填土料每隔層土厚0.3～0.5m，含水量宜低於0.8倍塑限含水量，乾密度不低於原基土天然乾密度的1.05倍。各封閉層必須保證嚴密不透水；基礎側面應採取削減切向凍脹力措施。

擋土牆

1）排水措施

在滿足滲徑要求的條件下，擋土牆應設定排水孔。一般排水法: 排水孔部位應設定反濾層，牆后土為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級和有地下水時，宜在凍前地下水位以下設定斜臥式或水平式排水體，並與排水孔連通。特殊排水法: 當回填土的凍脹性屬Ⅲ類以上時，在自牆體前地面工程設計凍深範圍內的牆後回填土中，自牆頂起每隔50～100cm厚土層下，設一層20cm厚的卵石排水層，排水層宜用土工布作反濾並與集水井管連通，集水井直徑30cm。

2）隔水法

隔水回填要求同板式基礎，隔層封閉範圍同置換法範圍相同。

凍脹性地基改良措施

地基土質是決定地基凍脹敏感性的內部因素; 而水分溫度和壓力條件則是決定地基凍脹敏感程度的外部因素。影響凍脹敏感性土質條件主要包括地基土的物理化學成分土的顆粒組成和土的密度 消除地基土凍脹的措施主要有物理學法換填法和動力法。

置換法

對襯砌結構板型基礎擋土牆等結構均可採用置換法削弱或消除地基凍脹 當地或附近有較豐富和適宜的非凍脹性土時，可採用非凍脹性土置換渠床基礎下及擋土牆後的凍脹性土 。當置換層有被淤塞危險時，應設定反濾層; 當置換層飽水時，要有通暢的排水出路 置換平面範圍應沿基礎輪廓線向外加大50cm 置換的地基在凍結期內必須有通暢有效的排水條件 。對擋土牆在滿足滲徑要求的條件下，可採用非凍脹性材料做牆後回填土。

動力法改良地基

動力法改良地基是利用強大的動力預先將地基土高度壓密，使地基的孔隙率壓縮到最低限度，極大地降低土的含水量和滲透係數，並使凍結時的水分遷移幾乎不可能發生，從而減小或避免地基凍脹。

常用的有強夯法和壓實法強夯法是使數十噸的重錘，從幾十米的高處自由落下，對土體進行強力夯實 一般採用50～800t m的衝擊能使土中出現衝擊波和很大的應力，造成土中孔隙壓縮或土體局部液化，夯擊點周圍產生裂隙，順利地逸出孔隙水，使土體迅速固結壓實法是用碾壓機械壓實土體，提高地基黏性土的密度。

物理化學法改良地基

1) 人工鹽漬化改良地基

在地基土中加入適量的可溶性無機鹽，提高孔隙水鹽分濃度，使土壤鹽漬化，從而降低土的凍結溫度，抑制水分遷移，把凍脹性土改良為非凍脹性土。

2) 摻入增水劑改良地基土

在土中加入增水性物質，使土顆表面活性收斂，凍結時就可以避免水分遷移，從而減少或消除地基凍脹，達到改良地基凍脹的目的。

3) 凝固加固法改良地基土

採用膠凝材料或聚合劑將高度分散狀態的地基土膠結成固狀態或聚合成大的團粒狀態的堅實地基，不僅可以提高地基承載力，而且能從根本上消除地基的凍脹性。

抗冰措施

有些建築物利用抗冰結構不經濟或無法實現時，可採用人工破冰法、機械破冰法、機械排冰法、塑膠布引滑法、加溫法保溫法等。

1.破冰法

當建築物前水面結冰達到一定厚度時，在建築物前的冰面上開鑿一定寬度的水槽，每當水槽內水面上結冰達到一定厚度時就破冰取出冰塊，使冰層在水槽內自由伸縮，消除冰層的冰推力對建築物的危害 水槽內水面允許結冰厚度應根據建築物承受推力大小而定。

2.塑膠布引滑法

在土石壩上游壩坡上鋪塑膠布使冰與壩坡不能凍結在一起，當冰體熱脹變形時冰體就沿著塑膠布上爬，這樣就削弱了冰推力對土石壩上游壩坡的危害，削弱冰推力程度取決於護坡型式光滑度穩定性。

3.加溫保溫法

阻止建築物與水面結冰，消除冰壓力。常用的方法有熱空氣法、熱水法、熱油法壓力水射流法壓縮空氣吹泡法聚苯乙烯泡沫塑膠板保溫法。