编辑：sx_biey
2014-01-10
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1 工程实践
1995年爱辉区宋集屯灌区干渠溢流堰工程，堰体为薄壁型，堰体长为12m，消力池宽7m，下设20cm垫层，末端水流束窄。设计中设计者按着严格的规范要求，充分考虑了冻胀的要求。结构计算正确，堰体基础底面位于冻深以下，堰前防冻措施也得到了考虑，可经过两年的冻融之后，堰体出现多道裂缝。消力池底板中间出现隆起，高度达14cm。
2005年也是在宋集屯灌区：在位于二支沟与干渠的交叉处，修建交叉建筑物，建筑物上部为渡槽，下部仍为薄壁堰，堰体长为11m，其它结构型式和尺寸，与上一个建筑物基本相近。设计中在吸取过去经验的基础上，在消力池底作换基处理，换基材料为砂砾料，换基深度为lm。堰体不再简单地按挡土墙进行结构计算，而是在此基础上用双向板进行结构验算。经过五年的冻融考验，堰体和消力池的结构是稳定的。
2 案例分析
两个个案的不同工程结果，基根本的关键点就是设计施工中如何面对冻土问题。冻土的研究我国最初是借鉴原苏联的经验，吸收他们的理论和方法。当前在冻土领域处于领先地位的国家也没有在求证冻胀力普遍的数学模型上取得实质性的进展。大都用两腿走路，理论不放的同时，更加投入于措施的研究，可是由于没有统一的方案，因而在工程实践中设计者和施工人，会忽略冻土问题的某些方面。案例一明显是忽略了法向冻胀力影响，以为简单的措施能见效果的，通过作者在案例二中的实践，可以认为，在有约束的挡土墙的结构计算时，不应简单地做单向分析，应双向考虑。同时考虑下垫面条件做换基处理，而不是简单做个垫层了事，而换基深度应在了解场地土壤类型和地下水埋深的情况下做选择，根据作者的经验，寒区特别是高寒地区，根据土壤性状和地下水情况，数值大约在0.5m～2m之间，以砂砾料为最好。双向板的考虑主要是加强结构的整体性，利于抗击冻胀力，换基是可以容纳和分散水分迁移，从而从结构和外部措施上缓解冻胀的破坏。
3 结论
从我国的情况看，不考虑理论上问题，单就抗击冻害的措施来说，仍然没有走出H·A·崔托维奇定下的原则，那么我们就在他的“结构物土的部分及其地基的抗冻胀改良措施，目的在于减少或完全消除冻作用;加强基础与结构物的抗冻胀稳定性措施，旨在保证天然状态和特殊制备的土冻胀时建筑物的稳定性。”因此在这个原则下，根据作者多年的实践和观察，在理论上没有获得突破的情况下，减少冻害的破坏是当前首要研究方向，本文仅从个体结构上想说明普遍情况，是不现实，只能从局部的成功范例上做些参考性结论。就农田水利而言，受冻害影响的只有沟渠和配套建筑物，沟渠为线性构筑物，空间跨度大，覆盖下垫面条件复杂，也只有在进行节水改造时，才会涉及显性的冻害防治问题。土沟渠冻害发展很慢，趋于隐性，长期表现为脱坡、冰丘冰锥发展等，目前流行的作法是对土沟渠主要实施疏导的办法来防治。而想精确解决冻害对渠系节水改造工程的损害问题很困难，那么从整体上以高造价运用物理的、化学的方法，来实现目标实在是无奈之举。作法还有待深入研究，比较可靠的方法是全线高渗透垫层+抗冻性防渗材料+硬化保护层+局部土体替换。
就单个构造物而言事情就相对容易一些，首先深入了解建设地点地质资料，按照淤泥土、粘性土、亚粘土，砂质土，结合地下水的侵人情况和地表水的渗入情况，分别选择0.5—2m换基深度进行换基，处理好基础。对于挡土的构造物，既使按照一些经验公式考虑法向冻胀力，在超过5m的跨度上还是会出现冻胀的影响的，时有裂缝发生，明智的作法是按双向板进行结构验算，荷载可适当按当前有一定参考价值经验公式来考虑问题，是适宜的。
参考文献
【1】H·A·崔托维奇着，张长庆，朱元林译.冻土力学【M】.北京：科学出版社.
【2】史海滨，田军仓，刘庆华.灌溉排水工程学【M】.北京：中国水利水电出版社.
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