水工挡土墙冻害破坏规律及抗冻计算

水工建筑物的冻融破坏与防治措施摘要：混凝土工程发生破坏的原因是多种多样的。

就冻融破坏而言，一般都是经过由表及里的过程，首先混凝土建筑物表层发生剥蚀，并逐渐向深层发展，直至混凝土产生酥松，失去强度，最后导政工程局部或整个工程破坏。

据调查，发生破坏的工程部位大多在水位变化区，如挡水建筑物的迎水面，涵洞，进水闸以及混凝土渠道边坡等。

由于工程的某一部位发生了破坏，首先破坏了工程的整体性，削弱了结构的受力能力，降低了工程效益，甚至导致工程报废或发生是敌。

因此，水工混凝土建筑物的冻融破坏与防治是一个值得重视和研究的重要课题。

关键词：水工建筑物；冻融破坏；防治措施众所周知，当混凝土达到一定强度后，长期处在睡下或一直出在干燥条件下，他是不会发生冻融破坏的。

如果混凝土一直处于冻结状态，而不发生融解，混凝土也不会发生破坏。

只有当混凝土处于湖湿状态并经频繁的冻融交替循环，达到一定程度后，才逐步发生破坏，而且随着冻融次数的增加，破坏愈来愈严重。

长期以来，人们一直认为冻融破坏是由于混凝土毛细管内存在可动水，冻结后，水变冰，体积膨胀，产生冻胀应力，当冻胀里超过混凝土的抵抗力时，混凝土即发生破坏；引气混凝土之所以抗冻性能好，是因为混凝土内的微小气泡害断了混凝土内的毛细通道，提高了混凝土的抗渗能力，阻止了外界水分的侵入，减少了混凝土内的可冻水；另外由于这些微小气泡能起到松弛应力的作用，即气泡卸压的物理作用，增强了混凝土的抗冻能力。

因此，减少混凝土内部可冻水的存在对提高混凝土的抗冻性是十分有效的。

提高混凝土的抗冻性能，关健在于选择优良的混凝土配合比，原材料，掺用优质的引气剂，减少混凝土内有害毛细水，使混凝土内可冻水减少到最小程度，改善混凝土孔隙结构；另外要提高混凝土施工质量，增强混凝土的抗渗性，从而达到提高混凝土抗冻性的目的。

掺用优质引气剂（或引气减水剂）室内研究与长期工程实践表明，提高混凝土抗冻性的重要而又有效的措施之一是在混凝土中掺入一定量的引气剂或引起减水剂，并保证其具有足够的含气量。

C W T 中国水运 2021·02 145摘　要：塔里木河流域的巴音郭楞地区位于新疆东南部，地形复杂，冬季寒冷，为多年冻土地区。

在水利工程实施之前需要分析冻土质地，保护冻土，同时还要预防冻害可能会对建筑物造成的不利影响。

本文以巴音郭楞地区为例，简述高寒地区水工建筑物在防治冻害的过程中所采取的措施。

本文首先对导致冻害的原因作出简述，其次分析建筑物的设计环节与施工环节中可以采取的防冻措施，提升水工建筑物的工程质量。

关键词：水工建筑；冻害预防；措施中图分类号：TV698.2+6 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）02-0145-03水工建筑物冻害应对技术分析——以塔里木河流域巴音郭楞地区为例任兵（塔里木河流域巴音郭楞管理局建设与管理科，新疆 库尔勒 841000）DOI 编码：10.13646/ki.42-1395/u.2021.02.059水工建筑物的冻害现象又被称为冻胀破坏，这种现象出现的时候，将会在不同程度上对建筑物产生损害，造成建筑物质量水平下降，甚至埋下安全隐患。

冻害的产生大多与气候条件、水分、土质以及外载负荷等外部环境因素有关。

在建筑物结构中的混凝土和细粒土空隙中留有水分，当温度下降到0℃以下之后，就会导致建筑物结构内部出现静冰压力和冻胀现象。

就塔里木河流域巴音郭楞地区而言，该地区冬季寒冷，容易形成冻土，所以深入研究该地区的水工建筑物冻害情况尤为重要。

1形成水工建筑物冻害的原因1.1土体冻胀随着气温的降低，土体之中的水遇冷以后会冻结成冰，从而产生胶结力，进而使得建筑物与冻土两者之间相互粘合。

当土体之中的水被冻结成冰以后，其体积将会膨胀，当这些膨胀导致土体发生颗粒位移的时候，又会造成土体体积膨胀。

水工建筑物基础不仅是承载体，而且一定程度上会约束土体冻胀，使得冻封不会对土体基础形成冻胀力[1]。

水工建筑物在受到过大的冻胀力作重船开发专用抛石系统。

起重船抛石系统主要功能有数据导入、辅助定位、石料称量、抛投点定位及抛石、数据分析，见图 5。

水工建筑物冰冻破坏及抗冻措施研究水工建筑物冰冻破坏及抗冻措施研究水工建筑物冰冻破坏及抗冻措施研究摘要：我们必须根据水工建筑物所处的环境不同、位置不同和冰冻破坏程度的不同等综合选用不同预防措施与方法，这样才能达到比较好的效果。

文中结合水工建筑物冰冻破坏的形式和原因，提出有效地抗冻措施。

关键词：水工建筑物冰冻破坏抗冻措施Key words： Hydraulic structure； frost damage；antifreeze measures一、水工建筑物冰冻破坏的形式冰冻破坏常发生在混凝土建筑物，表现为强度降低，层状脱落，表面酥松，影响到建筑物的使用。

冰冻破坏之所以会发生在混凝土建筑物上，是由于渗水孔隙存在于混凝土内部，水又存在于孔隙中，这些水在结冰时体积会膨胀，膨胀产生压力，作用在毛细管壁或孔隙上。

同时，在冻结过程中，冷水还可能出现在孔隙中迁移，使渗透压力产生在混凝土中，在管壁上也有作用，在混凝土冻结过程中出现这两种压力，消失在融化过程中，如此周期性的作用，会使微裂缝产生在孔隙壁上，并逐渐增多扩展，降低强度，混凝土表面开始剥落甚至整体破坏。

二、水工建筑物冰冻破坏的原因冻害涉及到气、液、固3相介质之间的关系，冻害成因归纳起来，分为冻胀力、冻融、蠕动变形和冰压力等。

（一）冻胀力地基土或混凝土冻结时，其中的水分冷却成冰，冰吸附未冻水分聚流到冻结锋面，冰晶体急剧增大所引起的作用力。

冻胀力对建筑物的作用方向不同，一般分为切向冻胀力、水平冻胀力和竖向冻胀力3种。

冻胀力对水工建筑物的破坏，改变基础土和混凝土的结构，降低了建筑物强度。

1、切向冻胀力水工建筑物桩、墩基础周围土体冻胀时，由于受到基础的约束而作用于基础侧面向上的作用力。

基础与基土间的冻结力是切向冻胀力形成、传逆的媒介。

2、水平冻胀力水工建筑物挡土墙后或基础侧面的土冻胀时水平作用在墙或基础侧面的作用力。

与墙后填土的冻胀成正比例关系。

3、竖向冻胀力地基土冻胀时作用于基础底面垂直向上的作用力。

水工建筑物的冻融破坏与防治措施混凝土工程发生破坏的原因是多种多样的。

就冻融破坏而言，一般都是经过由表及里的过程，首先混凝土建筑物表层发生剥蚀，并逐渐向深层发展，直至混凝土产生酥松，失去强度，最后导政工程局部或整个工程破坏。

据调查，发生破坏的工程部位大多在水位变化区，如挡水建筑物的迎水面，涵洞，进水闸以及混凝土渠道边坡等。

由于工程的某一部位发生了破坏，首先破坏了工程的整体性，削弱了结构的受力能力，降低了工程效益，甚至导致工程报废或发生是敌。

因此，水工混凝土建筑物的冻融破坏与防治是一个值得重视和研究的重要课题。

Key words：hydraulic structures；freeze-thaw damage；prevention measures众所周知，当混凝土达到一定强度后，长期处在睡下或一直出在干燥条件下，他是不会发生冻融破坏的。

如果混凝土一直处于冻结状态，而不发生融解，混凝土也不会发生破坏。

只有当混凝土处于湖湿状态并经频繁的冻融交替循环，达到一定程度后，才逐步发生破坏，而且随着冻融次数的增加，破坏愈来愈严重。

长期以来，人们一直认为冻融破坏是由于混凝土毛细管内存在可动水，冻结后，水变冰，体积膨胀，产生冻胀应力，当冻胀里超过混凝土的抵抗力时，混凝土即发生破坏；引气混凝土之所以抗冻性能好，是因为混凝土内的微小气泡害断了混凝土内的毛细通道，提高了混凝土的抗渗能力，阻止了外界水分的侵入，减少了混凝土内的可冻水；另外由于这些微小气泡能起到松弛应力的作用，即气泡卸压的物理作用，增强了混凝土的抗冻能力。

因此，减少混凝土内部可冻水的存在对提高混凝土的抗冻性是十分有效的。

提高混凝土的抗冻性能，关健在于选择优良的混凝土配合比，原材料，掺用优质的引气剂，减少混凝土内有害毛细水，使混凝土内可冻水减少到最小程度，改善混凝土孔隙结构；另外要提高混凝土施工质量，增强混凝土的抗渗性，从而达到提高混凝土抗冻性的目的。

掺用优质引气剂（或引气减水剂）室内研究与长期工程实践表明，提高混凝土抗冻性的重要而又有效的措施之一是在混凝土中掺入一定量的引气剂或引起减水剂，并保证其具有足够的含气量。

挡土墙的抗冻与防冻技术挡土墙作为城市建设中常见的结构体之一，在防止山体滑坡、土地沉降以及水土流失等方面发挥着重要的作用。

然而，在寒冷地区或者冬季寒冷时段，挡土墙也面临着严峻的抗冻与防冻问题。

本文将介绍挡土墙的抗冻与防冻技术。

一、抗冻技术1.材料选择在寒冷地区或冬季寒冷时段，挡土墙所使用的材料必须具备一定的抗冻能力。

比如，挡土墙常用的材料包括混凝土、钢筋、石墙等。

其中，混凝土是常见的材料之一，其抗冻能力取决于混凝土的成分和含水量。

在材料选择方面，应当选用抗冻性能优异的材料，以确保挡土墙在寒冷条件下的稳定性。

2.排水设计挡土墙的抗冻能力与其排水设计密切相关。

在寒冷地区，由于气温的降低和冰雪的积聚，挡土墙壤体内部容易产生冻胀现象，从而导致墙体的破裂和变形。

为了解决这个问题，挡土墙必须进行良好的排水设计，确保墙体内部的水分能够及时排出，避免冻胀的发生。

常用的排水设计方法包括穿墙排水、排水管道等。

3.护坡措施挡土墙的顶部是暴露在外界环境中的，容易受到冰雪的侵蚀和渗透。

为了防止冰雪的积聚和渗透，挡土墙的顶部应设置护坡措施。

常见的护坡措施包括铺设草坪、植被覆盖、设置护坡砖等。

这些措施不仅可以防止冰雪的侵蚀，还能够增加挡土墙的美观性。

二、防冻技术1.保温措施在寒冷地区或者冬季寒冷时段，挡土墙需要采取一些保温措施，以防止墙体受到冻结破裂的影响。

常见的保温材料包括聚苯乙烯发泡板、挡土墙保温砂浆等。

这些保温材料能够有效地隔离外界低温空气的影响，确保挡土墙内部的温度稳定。

2.加热措施在极寒地区，常规的抗冻措施可能无法满足挡土墙的防冻需求。

此时，可以考虑采取加热措施来确保挡土墙的稳定性。

常见的加热措施包括设置电加热器、太阳能板、地暖等。

这些加热设备能够提供持续的热量，有效地防止挡土墙的冻结。

3.监测系统为了及时了解挡土墙的冻结情况，可以在挡土墙上设置监测系统。

监测系统主要包括温度传感器、湿度传感器、应变传感器等，通过实时监测和数据采集，可以及时发现挡土墙的抗冻问题，并采取相应的措施进行修复。

水工建筑物的冻害及防冻措施摘要：对冻胀的形成与发展过程做了详细阐述，并对冻胀形成的主要原因作出分析，提出冻胀性破坏对水工建筑物的影响及其防治措施。

关键词：冻胀；冻胀系数；换填本排水渠道不畅通及干渠周围地下水位高，每年冬季停灌后，大量的渠水、地下水滞留在渠道内，使渠道内常年有30～60cm积水，部分水工建筑物周围有100cm左右积水。

冬季渠道有20cm左右厚冰层，干渠季节性冻土层厚度达60～80cm。

在干渠上修建的闸、涵、护坡等水利工程存在着不同程度的冻胀性破坏，冻胀力作用于水工建筑物的基础，轻者使基础抬起产生不均匀变形，重者使基础产生断裂导致建筑物产生严重破坏，严重影响了建筑物的正常使用和使用寿命。

本文就冻害产生的原因和防治措施做一些介绍。

1 冻胀的形成与发展过程所谓的冻胀指土在冻胀过程中土的水分(包括外界向冻结锋面迁移的水分，及孔隙中原有的部分水分)冻结成冰，形成冰层、冰透镜体、多晶体冰晶等等的冰人侵体，引起土颗粒之间相对位移，因而使土体产生不同程度的膨胀现象，严重形成冻胀，使地表冻胀高包和冰冻裂缝等现象。

从冻土分层观测结果可以看出，土体最大冻胀率出现的地方是从地表至冻层1／3～2／3处，产生的冻胀量约占总冻胀量的70 ～90% ，因而称之为主冻胀带或者强冻胀带。

土体的最大冻胀率分布在1／5～4／5最大冻结深度部位。

其中冻胀变化过程可划分为三个阶段：(1)冻胀剧烈增长阶段：冻胀量随冻结深度增加而剧烈地增长，一直可以延续到2／3～4／5的最大冻结深度。

(2)冻胀缓慢一稳定阶段：尽管冻结深度仍然继续增加，但冻胀量增加缓慢，并逐渐相持在已有的冻胀量水平，此阶段一直保持到地表土开始融化。

(3)冻胀量下降阶段：随着气温的回升，土壤开始融化，冻胀量逐渐下降，此阶段一直保持到冻胀量消失。

实践证明，土的冻结是由于土体内水分的迁移或者运动形成的。

当地下水位越高，地表的冻胀量越大，土体冻结，水分向冻结锋面迁移或者运动，以薄膜一毛细作用的迁移方式为主，也就是主要通过薄膜水和毛细水(是指处于地下水面以上的某一高度范围内，充满着土壤空隙的水体，其冰点比0℃略低，冻结时土壤的毛细管就成为地下水向冻结锋面运动的主要通道)的联合作用下完成的。

水工挡土墙防冻害设计方法分析【摘要】大部分的水工建筑物设计中都会遇到挡土墙的设计内容。

由于挡土墙在工程投资中占较大比例，所以应当重视挡土墙的防冻害设计，以免给水利工程带来巨大的损失。

【关键词】水工挡土墙；防冻害；设计方法我省冬季水工挡土墙后部分或全部填土将处于冻结状态。

处于冻结状态下的土将对挡土墙产生水平冻胀力。

对于低墙，这种水平冻胀力将完全取代夏季按库仑或朗肯理论计算出的土压力。

对于高墙，有可能同时受土压力和水平冻胀力的作用。

挡土墙在水平冻胀力的推动作用下，将向前倾覆或断裂，造成破坏。

1.挡土墙在水平冻胀力作用下的前倾变位挡土墙前倾变位过大和前倾变位随整个冻结期周期性变化，是寒冷地区挡土墙前倾变位的主要特征。

目前为止，冻土地区挡土墙的断面尺寸多是按非冻结土理论设计的，其整体稳定性和结构强度是与此相适应的。

当墙后水平冻胀力远大于非冻结土压力时，挡土墙将失去稳定。

对于土基，挡土墙基础通常置于冻层以下，在过大的水平冻胀力作用下将使挡土墙前趾给予地基的压应力过大，致使地基应力大小比超过容许值，进而导致不均匀沉陷。

由于不均匀沉陷，将使挡土墙产生前倾变位。

对于岩基，也常由于在水平冻胀力作用下的倾复力矩大于抗倾力短，而导致挡土墙产生前倾变位。

按非冻结上算出的作用于挡土墙上的主动土压力是土压力中最小值，可视为一个常量，而作用于墙后的水平冻胀力的大小和分布则随墙后土体冻结和融化过程而变动。

因此挡土的前倾变位也随之相应变化。

挡土墙前倾变位过大，常使挡土墙永久缝间止水被扯断，进而导致侧向渗径短路，严重的前倾变位有时导致倾倒破坏。

对于浅基挡土墙，冻结期由于前趾地基土冻结承载能力增大，不致产生大的前倾变位，但在融化初期，前趾处地基土可能先融化，承载力大幅度降低，而墙后填土中还可能有未融化的冻土核，即墙后水平陈胀力尚未完全消失，这种情况也可能导致大的前倾变位。

2.挡土墙防冻害的设计方法挡土墙的防冻害设计主要有两个途径，其一是削弱、消除产生冻害的成因，达到防冻害的目的；其二是增大墙体断面，使之满足在水平冻胀力作用下的稳定和强度要求，进而达到防冻害的目的。