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水利工程凍害防治技術(shù)研究
1 工程實踐
1995年愛輝區(qū)宋集屯灌區(qū)干渠溢流堰工程，堰體為薄壁型，堰體長為12m，消力池寬7m，下設(shè)20cm墊層，末端水流束窄。設(shè)計中設(shè)計者按著嚴格的規(guī)范要求，充分考慮了凍脹的要求。結(jié)構(gòu)計算正確，堰體基礎(chǔ)底面位于凍深以下，堰前防凍措施也得到了考慮，可經(jīng)過兩年的凍融之后，堰體出現(xiàn)多道裂縫。消力池底板中間出現(xiàn)隆起，高度達14cm。
2005年也是在宋集屯灌區(qū)：在位于二支溝與干渠的交叉處，修建交叉建筑物，建筑物上部為渡槽，下部仍為薄壁堰，堰體長為11m，其它結(jié)構(gòu)型式和尺寸，與上一個建筑物基本相近。設(shè)計中在吸取過去經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在消力池底作換基處理，換基材料為砂礫料，換基深度為lm。堰體不再簡單地按擋土墻進行結(jié)構(gòu)計算，而是在此基礎(chǔ)上用雙向板進行結(jié)構(gòu)驗算。經(jīng)過五年的凍融考驗，堰體和消力池的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。
2 案例分析
兩個個案的不同工程結(jié)果，基根本的關(guān)鍵點就是設(shè)計施工中如何面對凍土問題。凍土的研究我國最初是借鑒原蘇聯(lián)的經(jīng)驗，吸收他們的理論和方法。當前在凍土領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的國家也沒有在求證凍脹力普遍的數(shù)學模型上取得實質(zhì)性的進展。大都用兩腿走路，理論不放的同時，更加投入于措施的研究，可是由于沒有統(tǒng)一的方案，因而在工程實踐中設(shè)計者和施工人，會忽略凍土問題的某些方面。案例一明顯是忽略了法向凍脹力影響，以為簡單的措施能見效果的，通過作者在案例二中的實踐，可以認為，在有約束的擋土墻的結(jié)構(gòu)計算時，不應(yīng)簡單地做單向分析，應(yīng)雙向考慮。同時考慮下墊面條件做換基處理，而不是簡單做個墊層了事，而換基深度應(yīng)在了解場地土壤類型和地下水埋深的情況下做選擇，根據(jù)作者的經(jīng)驗，寒區(qū)特別是高寒地區(qū)，根據(jù)土壤性狀和地下水情況，數(shù)值大約在0.5m～2m之間，以砂礫料為最好。雙向板的考慮主要是加強結(jié)構(gòu)的整體性，利于抗擊凍脹力，換基是可以容納和分散水分遷移，從而從結(jié)構(gòu)和外部措施上緩解凍脹的破壞。
3 結(jié)論
從我國的情況看，不考慮理論上問題，單就抗擊凍害的措施來說，仍然沒有走出H·A·崔托維奇定下的原則，那么我們就在他的“結(jié)構(gòu)物土的部分及其地基的抗凍脹改良措施，目的在于減少或完全消除凍作用;加強基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)物的抗凍脹穩(wěn)定性措施，旨在保證天然狀態(tài)和特殊制備的土凍脹時建筑物的穩(wěn)定性。”因此在這個原則下，根據(jù)作者多年的實踐和觀察，在理論上沒有獲得突破的情況下，減少凍害的破壞是當前首要研究方向，本文僅從個體結(jié)構(gòu)上想說明普遍情況，是不現(xiàn)實，只能從局部的成功范例上做些參考性結(jié)論。就農(nóng)田水利而言，受凍害影響的只有溝渠和配套建筑物，溝渠為線性構(gòu)筑物，空間跨度大，覆蓋下墊面條件復雜，也只有在進行節(jié)水改造時，才會涉及顯性的凍害防治問題。土溝渠凍害發(fā)展很慢，趨于隱性，長期表現(xiàn)為脫坡、冰丘冰錐發(fā)展等，目前流行的作法是對土溝渠主要實施疏導的辦法來防治。而想精確解決凍害對渠系節(jié)水改造工程的損害問題很困難，那么從整體上以高造價運用物理的、化學的方法，來實現(xiàn)目標實在是無奈之舉。作法還有待深入研究，比較可靠的方法是全線高滲透墊層+抗凍性防滲材料+硬化保護層+局部土體替換。
就單個構(gòu)造物而言事情就相對容易一些，首先深入了解建設(shè)地點地質(zhì)資料，按照淤泥土、粘性土、亞粘土，砂質(zhì)土，結(jié)合地下水的侵人情況和地表水的滲入情況，分別選擇0.5—2m換基深度進行換基，處理好基礎(chǔ)。對于擋土的構(gòu)造物，既使按照一些經(jīng)驗公式考慮法向凍脹力，在超過5m的跨度上還是會出現(xiàn)凍脹的影響的，時有裂縫發(fā)生，明智的作法是按雙向板進行結(jié)構(gòu)驗算，荷載可適當按當前有一定參考價值經(jīng)驗公式來考慮問題，是適宜的。
參考文獻
【1】H·A·崔托維奇著，張長慶，朱元林譯.凍土力學【M】.北京：科學出版社.
【2】史海濱，田軍倉，劉慶華.灌溉排水工程學【M】.北京：中國水利水電出版社.
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