富建军

( 辽中县水利建筑工程公司，辽宁 辽中110200)

沈阳市浑蒲灌区位于E122°50' ～E123°20'，N41°20' ～N41°50'，即沈阳市西南部，浑河与蒲河之间，包括于洪，新民，辽中3 县( 区) 的19个乡( 镇) 和2个国有农场。

区内东西长60 km，南北宽20 km，地形东北高，西南低。地面高程由沈阳莫家堡进水闸38 m高程逐渐向西南倾斜，在辽中县四分干乌伯牛节制闸附近高程为12 m，地面坡降为1/5 000 ～1/4 000。

灌区地处北温带，属大陆性季风气候区。冬季严寒干燥，夏季高温多雨，一年四季分明，月平均最高气温28.7 ℃，月平均最低气温－20.5 ℃，最高极端气温36.3 ℃，最低极端气温－37.5 ℃，冻层深度为1.2 ～1.4 m左右，年平均降水量为650 ～700 mm，其中6—8月降水量最多，约占全年降水量的65%以上，年均蒸发量为1 100 ～1 400 mm。无霜期平均为165 d。

区域内面积为1 000 km2。其灌溉工程总干渠为27.4 km，下辖分干7 条，直属支渠18 条，有固定提水站18 处。排涝工程为5 条自流排干，其控制面积为710 km2，保护耕地为150 km2。合计长度为211 km，共有排水站57 座，总装机容量为5 420 kW，万亩农桥60 座，排水闸设计流量＞5 m3/s 的有20 座。

这些水工建筑物大多始建于1970年，灌溉工程虽于1990—1993年进行支渠以上建筑物更新改造，建筑物遭受破坏的主要原因是冻融破坏，为了探索防治冻融循环破坏，我们对遭受冻融破坏的建筑物进行分类调查，并对其破坏原因进行分析［1］。

1 浑蒲灌区水工建筑物冻融破坏类型

水工建筑物冻融破坏可归纳5 类即: ①挡土墙破坏。②桥、渡槽及排水站的井柱基础破坏。③护岸破坏。④涵管破坏。⑤金属结构破坏。

1.1 挡土墙冻融破坏

挡土墙冻融破坏现象比较常见，特别是小型建筑物挡土墙经过3个冻融期就产生破坏现象。根据调查的50 座建筑物统计分析，其破坏形式有浆砌石裂缝及倾斜变位［2］。

1) 裂缝是浆砌石挡土墙破坏的主要形式。它的裂缝有斜裂缝，竖直裂缝，水平裂缝3 种。斜裂缝是由于断面受剪，而沿砌石缝隙的破坏，它多发生在中下部，缝宽多为3 cm，最多可达8 cm。如:浑蒲灌区4分干土堡子节制闸消力池。

竖直裂缝主要是由于墙体断面受拉造成墙体开裂。有两种情况:①闸室与墙体连接处分缝扩大，或扩大时错位止水设施造到破坏; ②拐角处其特点是垂直于地面上宽下窄形式。

2) 钢筋混凝土结构倾斜变位。挡土墙在水平冻胀力和切向冻胀力双向作用下向临空面倾斜变位，破坏的结果是在变位达到某种程度后，渐渐稳定，极少造成倒塌失事，其倾斜率在6%左右，在倾斜的同时混凝土表面发生剥落现象。

如某蓄水工程的涵管，其设计流量为8 m3/s，共2 孔，每孔为1.7 m高，净宽1.7 m。其进水口挡土墙倾斜变位为12 cm，倾斜率为5%，其钢筋保护层经20 a的破坏已剥落。

1.2 井柱式基础破坏

井柱式基础是农田桥，渡槽、及排水站的重要下部结构之一，在排水干渠中，由于地水水位较高，长期存有地表水，因此井柱式基础冻融破坏是沈阳市浑蒲灌区水工建筑物的普遍破坏现象。

1.2.1 桩柱冻拔

桩柱即处于沟( 渠) 底，在切向冻胀力的作用下上抬。处于渠道中间柱的位移最大，边坡次之。

如乌伯牛排水干渠的东荒地桥最大冻拔量20 a的时间总计为60 cm，特别是4 分干右10 支渡槽，建成后第二年就被拔起10 cm，不得已而改建。

1.2.2 井柱混凝土剥蚀破坏

剥蚀破坏多发生在排水渠道上，填方渠道基本没有破坏现象。剥蚀发生在冬季有水的水位变化区，轻的现象为混凝土保护层剥落，钢筋外露。严重的深入混凝土内部，20 a的剥落厚度为10 cm。

如黑鱼沟3 排干的亮子沟桥原设计井柱为80 cm，经20 a剥蚀仅存50 cm。

1.3 护岸( 坡) 破坏

浆砌石、混凝土板等刚性材料护坡中，在冻融循环作用下，由于建筑物受到不均匀冻胀作用下产生错位，并且融化后无法恢复到原位，从而使刚性材料表面形成裂缝。

如某蓄水工程的混凝土模袋工程仅一个冻融期就发生该破坏现象。

1.4 涵管破坏

1.4.1 涵管上部挡土墙破坏涵管上部挡土墙裂缝破坏，以圆涵为主，且多为上下贯通缝。裂缝上宽下窄。

预制涵管多发生此现象，涵管一节多为2.4 m，一般涵管总长在5 ～7.2 m。涵管在竖向冻胀力作用下产生不均匀冻胀和融沉。造成涵管之间相互错位和移位。

如:某乡的农业开发工程，其上抬量在1 ～3 cm。

1.5 金属结构闸门板破坏

闸门板破坏发生在蓄水工程中，闸门板在冰推力作用下向背水面鼓起、变形。

从水工建筑物冻融破坏特点看来，存在以下共同性质:

1) 同一建筑物的破坏，阴坡大于阳坡，特别是东西走向建筑物更为明显。

2) 同一建筑物下游比上游严重。

3) 排水沟大于灌溉渠道，灌溉渠道中地下渠道大于半挖半填式。地上填方渠道没有冻融破坏发生。

4) 冻融期气温冷暖交替频繁，冻融破坏严重。

奇纳马萨介绍说：“目前津巴布韦国内大豆种子严重短缺。只有2750吨大豆可满足需求，距实现农业计划下的大豆生产目标还有很长距离。”奇纳马萨表示，化肥行业也同样面临挑战。“有迹象表明，津巴布韦目前有12万吨的化肥准备投放市场。从今年11月到2019年1月，化肥行业产能将再增16万吨。”

2 浑蒲灌区水工建筑物破坏原因分析

2.1 形成冻融破坏的自然因素

1) 气温: 浑蒲灌区的气温在11月上旬地面冻结，解冻于次年3月中旬，平均最大冻土深度在1.2～1.4 m。地下水埋深平均在2 m左右，1月份平均最低气温为－12 ℃，最低气温为－33.1 ℃。

2) 土壤情况: 土质多为黏土、亚黏土，属于强冻胀土。

3) 土体前期含水率及冻结期水分。灌区冻结层冻前含水率多＞16%，最大可达35%，常年在解冻前多为冬雨封地，增加土壤的含水率，为冻融现象创造条件。

2.2 冻胀力及冰作用力对建筑物破坏

冻胀力有3 种形式: ①水平冻胀力。②切向冻胀力。③法向冻胀力。

当建筑物受力部位强度不能抵抗外力作用时，即发生破坏。

2.2.1 水平冻胀力的破坏作用

水平冻胀力使挡土墙发生水平位移、倾斜的主要原因。由于浑蒲灌区挡土墙设计只考虑土压力设计，没有考虑大于主动土压力几倍的水平冻胀力。

2.2.2 切向冻胀力的破坏

井柱式桩基是冻拔的主要原因，基础土冻结时，冻土方向向上膨胀，当建筑物荷载小于切向力时，把填入冻土中的桩顺着冻胀方向抬起。

2.2.3 法向冻胀力的破坏作用

该力是使护坡( 岸) 和浅基础发生破坏的主要原因。护坡( 岸) 和板式浅基础与土壤接触面积大，致使地基水分，温度和土质难保持一致，故发生冻胀和融沉现象的破坏。

再加上多年进行渠( 沟) 清淤工程，使现有渠底( 沟) 低于设计渠底，造成建筑物基础埋深低于冰冻线的要求，也是造成法向冻胀力破坏的原因之一。

2.3 设计上的原因

1) 浑蒲灌区水工建筑物设计所采用公式力学指标均以非冻胀土为准，所以它与具有冻融特性的土质情况不符。

2) 涵管及挡土墙的中小型建筑物埋深只有0.8 m，沈阳地区标准冰冻线＜1.2 m。

3) 浆砌石的水泥砂浆强度为M5 或M7.5，未考虑抗冻要求。

4) 混凝土结构中水泥未考虑抗冻要求。

5) 金属结构中外力计算只考虑水压力，忽视静冰及动冰作用。

6) 未考虑建筑物临土面土壤中水对建筑物渗透而采取的防渗防冻设施。

2.4 施工原因

1) 基土处理不达标，春季施工小型工程由于基础埋藏浅，这样就落在未完全融化冻土层上，造成建筑物沉降变形。

2) 砌石质量不规范，其主要表现在浆砌石工程中砌石尺寸大小不均，特别是临土面凹凸不平，增加冻结面积，砂浆铺设不饱满，影响整体性，降低强度。

3 结 语

通过调查分析，解决灌区水工建筑物冻融破坏的发生，必须做到以下3个方面:

3.1 设计方面

充分掌握建筑物所在的自然条件，建筑物施工运行的基本资料，从工程选址、结构形式及建筑材料选取考虑防冻措施如: 建筑单位挡土墙在水位线下设排水孔，冻土置换等。

3.2 施工方面

监理单位、承包商要严格执行设计文件。

3.3 运行方面

管理单位依据水工建筑物特点制定运行方法时充分考虑冻害的措施。

［1］潘炳甫. 灌区水工建筑丛书:农桥［M］. 北京:水利电力出版社，1981.

［2］王宇，刘森，韩雷. 生态型护岸结构冻胀适应性的试验示范研究［J］. 黑龙江大学工程学报，2012，03( 01) : 33－36.9