考虑冻融循环的水利浆砌石挡土墙耐久性研究

摘要：冻融循环对水利浆砌石挡土墙的耐久性具有显著影响，直接关系到水利工程的安全稳定运行、使用寿命及生态环境。本文从材料优化、结构设计优化、排水系统改进及防护措施四个方面探讨了提升浆砌石挡土墙耐久性的策略。研究表明，通过合理选择耐冻材料、优化结构形式、完善排水设计及采取有效的防护措施，可以有效减缓冻融循环对挡土墙的破坏，延长其使用寿命，保障水利工程的安全性和稳定性，同时减少对生态环境的负面影响。

关键词：冻融循环；浆砌石挡土墙；耐久性

引言

水利工程作为国家基础设施的重要组成部分，其安全稳定运行对经济发展和人民生活至关重要。浆砌石挡土墙作为水利工程中常见的结构形式，在抵御水流冲刷和保持水土方面发挥着关键作用。然而，在寒冷地区，冻融循环对浆砌石挡土墙的耐久性构成严重威胁。冻融循环会导致材料内部应力变化，引发裂缝和结构破坏，进而影响挡土墙的稳定性和使用寿命。因此，研究冻融循环对浆砌石挡土墙耐久性的影响，并提出相应的改进策略，对于保障水利工程的安全运行、延长设施使用寿命以及保护生态环境具有重要意义。

1. 考虑冻融循环的水利浆砌石挡土墙的重要性

1.1 保障水利工程安全稳定运行

水利工程作为国家基础设施的重要组成部分，其安全稳定运行关乎国计民生。在水利工程中，浆砌石挡土墙承担着支撑土体、防止坍塌等关键作用。而考虑冻融循环对浆砌石挡土墙的影响尤为重要。冻融循环过程中，水在低温时结冰体积膨胀，对墙体材料产生压力，反复的冻融作用易导致墙体出现裂缝、剥落等损伤。若这些损伤未得到重视，随着时间推移，可能引发墙体结构的破坏，进而威胁到整个水利工程的安全。挡土墙一旦坍塌，可能导致水流改道，冲毁周边农田、道路，甚至威胁到下游居民的生命财产安全。只有充分考虑冻融循环对浆砌石挡土墙的影响，采取有效的防护措施，如选择合适的石材、优化砌筑工艺、设置排水系统等，才能确保挡土墙在复杂气候条件下的稳定性，为水利工程的安全稳定运行提供坚实保障。

1.2 延长水利设施使用寿命

水利设施是一项长期投资，其使用寿命直接关系到资源的有效利用和社会经济的可持续发展。浆砌石挡土墙作为水利设施的重要组成部分，其耐久性对于延长水利设施的整体寿命起着关键作用。冻融循环是影响浆砌石挡土墙耐久性的重要因素之一。在寒冷地区，冬季的低温使挡土墙孔隙中的水结冰，体积膨胀，对墙体产生挤压应力，春季气温回升，冰又融化成水，如此反复的冻融循环，会逐渐削弱墙体的结构强度。若不加以妥善处理，墙体可能在较短时间内出现严重损坏，致使水利设施无法正常运行，不得不提前进行维修或重建，这不仅增加了经济成本，还会造成资源的浪费。

1.3 保护生态环境与资源

水利工程不仅对经济发展具有重要意义，同时也与生态环境和资源保护息息相关。浆砌石挡土墙作为水利工程的常见结构，其在抵御水流冲刷、保持水土方面发挥着重要作用。当考虑冻融循环对浆砌石挡土墙的影响并加以妥善应对时，能够更好地维护挡土墙的功能完整性。若挡土墙因冻融破坏而失去效用，可能引发水土流失，导致周边土壤肥力下降，影响植被生长，进而破坏生态平衡。挡土墙损坏后需要进行修复或重建，这将消耗大量的自然资源，如石材、水泥等，同时施工过程还可能对周边环境造成二次破坏。而合理设计和维护考虑冻融循环的浆砌石挡土墙，可以避免或减少这些问题的发生。

2. 考虑冻融循环的水利浆砌石挡土墙耐久性的策略

2.1 材料优化

在考虑冻融循环影响的水利浆砌石挡土墙建设中，材料优化是提升耐久性的关键起点。首先，对于石材的选择至关重要。应优先挑选质地坚硬、抗冻性能良好的石材，如花岗岩等。这类石材内部结构致密，孔隙率低，能有效减少水分侵入，降低冻融破坏风险。同时，要严格把控石材质量，避免使用有裂缝、风化层的石料。其次，胶结材料的性能也不容忽视。使用高性能的水泥，如添加适量引气剂的水泥，可在浆体中引入微小气泡，这些气泡在冻融过程中能缓冲水结冰时产生的膨胀压力，提高浆体的抗冻性。此外，还可考虑在胶结材料中掺入合适的外加剂或矿物掺合料，如硅灰、粉煤灰等，它们能改善胶结材料的微观结构，增强其与石材的粘结力，进一步提升挡土墙整体的抗冻融能力。

2.2 结构设计优化

合理的结构设计是保障考虑冻融循环的水利浆砌石挡土墙耐久性的重要环节。在设计时，需充分考虑冻融应力对墙体的影响。例如，适当增加挡土墙的厚度，能够提高其整体强度和稳定性，使其在承受冻融循环产生的压力时更具韧性。同时，优化墙体的断面形式也至关重要，可采用梯形或折线形断面，这种设计能有效分散冻融应力，避免应力集中导致墙体局部损坏。此外，设置伸缩缝和沉降缝是必要的结构措施。伸缩缝能适应温度变化引起的墙体伸缩变形，防止因温度应力造成墙体开裂；沉降缝则可避免因地基不均匀沉降对挡土墙结构造成破坏，两者协同作用，可大大降低冻融循环与其他因素共同作用下墙体损坏的可能性。另外，在挡土墙基础设计方面，应根据地质条件和冻土层深度，合理确定基础埋深，确保基础在冻融循环过程中保持稳定，为墙体提供坚实可靠的支撑，从而提升挡土墙结构在冻融环境下的耐久性。

2.3 排水系统改进

完善的排水系统对于提高考虑冻融循环的水利浆砌石挡土墙耐久性有着不可或缺的作用。水是冻融破坏的关键因素，若能有效排除墙体内外的积水，就能显著降低冻融循环对挡土墙的损害。在挡土墙内部，应设置合理的排水孔，排水孔需均匀分布且保持畅通，以便及时将渗入墙体的水分排出。同时，在排水孔周围可设置反滤层，如采用级配良好的砂石材料，防止土壤颗粒随水流进入排水孔造成堵塞，确保排水系统长期稳定运行。对于墙后填土，要做好排水处理，可设置盲沟或排水暗管，将墙后积水引导至排水孔排出。此外，在挡土墙顶部设置有效的截水沟，能拦截地表径流，减少雨水渗入墙体。在墙前，合理规划排水坡度，使水流能迅速排走，避免积水长时间浸泡墙体。

2.4 防护措施

针对考虑冻融循环的水利浆砌石挡土墙，采取适当的防护措施是增强其耐久性的重要保障。表面防护是一种常用且有效的方法，可在挡土墙表面涂抹防护涂层，如有机硅防水剂、聚合物水泥砂浆等。这些涂层能在墙体表面形成一层连续、致密的保护膜，阻止水分侵入墙体内部，降低冻融破坏的可能性。同时，涂层还能起到隔离外界侵蚀性物质的作用，进一步保护墙体材料。对于处于极端寒冷地区的挡土墙，可采用保温措施，如在墙体外侧粘贴聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫等保温材料，减少墙体温度变化幅度，降低冻融循环的强度。定期对挡土墙进行检查和维护至关重要。在日常巡查中，及时发现墙体表面的细微裂缝、剥落等损伤，采取相应的修复措施，如对裂缝进行灌浆处理，对剥落部位进行修补，防止损伤进一步扩大。

结束语

综上所述，冻融循环对水利浆砌石挡土墙的耐久性影响显著，通过材料优化、结构设计优化、排水系统改进及防护措施的综合应用，可以有效提升挡土墙的抗冻性能，延长其使用寿命，保障水利工程的安全稳定运行。这不仅有助于减少工程维护成本，还能有效保护生态环境，实现可持续发展。未来，应进一步加强对冻融循环机理的研究，探索更加高效、经济的防护技术，为水利工程建设提供更加坚实的保障。

参考文献

[1]孙逊.冻融循环作用下绥化地区膨胀土强度效应研究[D].   吉林大学，   2024.

[2]刘铭.冻融循环影响下路基膨胀土力学特性及变形损伤模型研究[D].   吉林建筑大学，   2024.