水工建筑物抗冰冻设计规范与应用研究

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摘要：水工建筑是水利水电工程的重要组成部分。但由于这类建筑长期处在高湿度的环境下，因此需要防止冻伤。尤其是在北方或者东北、西北的局部地区，冬季温度极低，水工建筑更需要抗冰冻设计来维持其正常运行。笔者在分析了水工建筑抗冰冻的一些设计规范的基础上，着重探讨了其具体应用。

关键词：水工建筑；抗冰冻规范设计；实际应用

中图分类号：TV74 文献标识码：A

地处我国北方的水利水电工程建筑，其抗冰冻设计是一项非常重要的工作，也是保证水工建筑设计寿命的重要措施。自我国在上一世纪八九十年代出台了水工建筑物抗冰冻设计规范一来，水工建筑物的抗冰冻设计开始被重视且被广泛应用。而目前所采取的的一些设计方法，还是取得了非常不错的抗冰冻效果。本研究在介绍了一些设计规范内容的基础上，论述了一些抗冰冻的具体设计方法。

1. 水工建筑物抗冰冻设计的规范与要求

1.1.调查掌握本地区的水文气象资料

对水工建筑物抗冰冻性能影响最大的因素，除了建筑物本身之外，就应该是水文气象方面了。也就是说，在水工建筑物抗冰冻设计时，必须基于当地的水文气象情况来确定设计方案。其中，需要调查的水文气象资料包括：

（1）年气温变化情况。

包括一年内冻结期（低于零摄氏度）的时间、年平均气温、最冷月平均气温、日平均最低气温、负气温指数、能达到的最低气温以及持续时间等。气温是影响水工建筑物抗冰冻设计最重要的参考因素之一，它能够决定建筑物的伸缩性设计与抗冰冻融化的密实度设计。因此在调查时务必要做到数据的详细准确，而在数据分析时还应当将最近十年的数据作为分析对象。

（2）实侧土的冻结情况

水工建筑物的抗冰冻设计不仅要考虑温度对建筑物本身的影响，还应当考虑到地基实侧土的冻结与消融对地基稳性的影响。因此，需要调查掌握冻结期冻土的深度、冻结时间以及消融情况的资料，作为地基施工的重要参考。

（3）降水（雪）资料

在北方尤其是东北地区，冰冻期的降雪一般比较丰富。而冰雪在一定程度上也会影响到水工建筑的抗冰冻设计。因此需要掌握近年来的降雪情况，如降雪出现的时间、降雪量、积雪的最大厚度、积雪覆盖的时间等。

1.2 调查掌握基土及回填土的特征资料

所谓基土，主要指的是水工建筑施工区域内的地质土。它作为承载水工建筑物的主体结构，对它的地质特征的调查研究也非常必要。而在具体施工过程中，如果本区域内的土质不符合施工要求，还需要回填土来替代原来的土质。这样一来，还需要对回填土的土质特征进行调查研究。根据水工建筑物抗冰冻设计规范与要求，需要调查的土质特征资料包括土的物理力学特性、土的类型、颗粒筛分曲线、冻结前土的含水量、土的极限摩阻力、冻土的热学参数；冻土的资料、标准冻深、设计冻深、基础下土的冻深、地表冻胀土、土的冻胀性级别等。

1.3.调查掌握地质水文资料

所谓的地质水文资料，主要指的是水工建筑物施工区的地下水水文情况。在水工建筑物设计时，地下水水文情况是非常重要的影响因素。其原因在于它能够深刻影响到建筑物的地基稳定性，地基不稳，则水工建筑必然不稳。因此，在施工设计时，需要对地下水水文情况进行综合调查分析，而需要掌握的资料包括冻结期及冻结前地下水的分布及埋深变化情况、地下水的补给情况、地下水的物理化学特性等。

2.基于设计规范的一些抗冰冻具体措施探讨

在对所需要掌握的资料进行收集、分析与研究后，就需要根据研究结果确定设计方案。鉴于此，笔者根据对一些资料的分析，探讨了一些设计方案中可以应用的一些抗冰冻措施。

2.1.科学地进行水工建筑物布局

科学的水工建筑物布局，能够达到很好的抗冰冻效果。例如位于乌克兰第聂伯河上的基辅水利水电工程，就采用了非常有效的抗冰冻布局，保证了其在数十年的寒冬中安然度过。而所谓的科学布局，是在根据水工建筑物所在地区的冬季日照情况，决定建筑物的朝向与受热面积。在我国北方地区，河流的流向一般是东西流向，水工建筑的布局按照一般的设计方法采用的“坐西朝东”的布局。这种布局在冬季阳光最强烈的正午，受热面积非常小，非常不利于建筑物的保温与抗冻。因此，应当采取一定的施工方法改为“坐北朝南”的布局。同时，各座水工建筑物之间还应保持一定的距离，防止相互遮蔽。除此之外，还应当应用抗冻性能好的建筑物构型，即应用屋面面积较大、建筑物墙壁较厚、窗口较少且较小、受光面积大等设计方法，最大程度上减少冷空气对建筑物的不良影响。

2.2.使用抗冰冻性能好的建筑材料

建筑材料的抗冰冻性能在很大程度上决定了水工建筑物的抗冰冻性能。因此，在选择建筑材料市场，应当将其抗冰冻性能作为重要的参考指标。在采购时，应尽量选择伸缩性能较强、不易断裂、韧性较好、密实度高的建筑材料。尤其是混凝土的骨料，更要满足致密性的要求，防止冰雪消融时对建筑物的侵蚀，造成墙体剥落。而在选择砌砖时，也应当选择保温性能较好的类型，如煤渣整体成型空心砖、氧化铝添加剂复合砖等，这类砌砖不仅致密性、韧性均非常良好，还具备了隔热、隔音的性能，非常适合高寒地带的水工建筑物建设需求。

2.3.尽量应用抗冰冻的结构设计

水工建筑物的抗冰冻性能不仅取决于建筑材料，还取决于建筑物的结构设计。也就是说，在设计建筑物建构时，应尽量使用抗冰冻、利于保温的结构设计。首先，在墙体与屋面结构设计方面，最好将单层、单一结构设计成多层复合结构。也即在最外层设计一层防冰冻层，中间部分设计一层保温层。其中防冰冻层主要有细砂与水泥构筑而成，约2厘米厚，保证此层的高密度和外表光滑，同时在最外层覆盖一层泡沫瓷片，尽量减少积雪覆盖量以及消融时侵蚀墙体。而保温层主要有泡沫构成，厚度约为5厘米左右，从而增强建筑物墙壁的隔热性能。另外，在屋面设计时，最好设计成陡坡结构，减少积雪厚度。此外，水下部分还应设计一层防水层。

3.结束语：水工建筑物的抗冰冻设计是综合性的。因此，上文探讨的一些措施只是几个方面。因此，在具体设计时，应当最水工建筑物抗冰冻设计规范进行充分的研究，设计出完整的抗冰冻施工方案。而且，在水工建筑施工完毕后，在冬季还应做还除雪、除冰等维护工作，对被冰冻损坏的建筑物结构，应当尽快完成修补，避免造成深度破坏。

参考文献：

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