水工建筑物冰冻破坏及抗冻措施研究.doc

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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
Keywords：Hydraulicstructure；frostdamage；antifreezemeasures
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。当基础埋置深度小于基础设计冻深或基土为冻胀性土时，均有竖向冻胀力。
（二）冻融
冻融是指负温冻结，温升后融化。多次冻融循环，可导致水工建筑物的破坏，特别是水位变化区混凝土表面，冻结产生体积膨胀，而融化时，冰体融化成水，流出混凝土外，原来的形态不能复原，混凝土弹性模量大大降低，导致钢筋外露和溶蚀，从而加速冻胀破坏，形成恶性循环。
（三）蠕动变形
地基土在负温状态下，冻土冰体会发生塑性变形，体积变小，所产生的压力会引起冰点不断下降造成冻土的融化流动。
（四）冰压力
作用于水工建筑物上的冰压力，分为动冰压力和静冰压力。流冰时产生的压力为动冰压力，流冰冲击水工建筑物，可造成水工建筑物的挤压或剪切破坏。冰层温升膨胀产生的压力为静冰压力。温升时，冰层受力强烈爬坡，被冻结在一起的混凝土板，被冰盖上爬带动升高，引起混凝土板拉裂、弯曲而破坏。
三、水工建筑物抗冻措施
（一）工程勘察方面抗冻措施
常规的工程勘察之外，还应了解工程所在地地下水埋深和补给排泄条件；土壤种类、粒径、含水量、导流、系数等；最冷月平均气温、年平均气温、日平均最低气温等；冰情资料、冻土情况等抗冰冻基本资料，为水工建筑物抗冰冻设计提供依据。设计方面抗冻措施。
（二）工程设计方面抗冻措施
在季节冻土地区，水工建筑物除了应满足常规设计规范和要求外、还同时应进行水工建筑物的抗冰冻设计，满足《水工建筑物抗冰设计规范》和《渠系工程抗冻胀设计规范》要求。它主要包括基本资料的收集、调查和选取；从抗冻胀、抗冰、抗冻作用要求出发进行工程的总体布置和建筑物结构型式的选择；从冰胀作用出发进行抗冰冻计算；根据冰冻作用的因素条件、危害程度采取相应抗冰冻工程措施及管理养护措施。
（三）施工方面抗冻措施
室外昼夜平均气温低于3℃时，混凝土施工时应采用保温措施或停止重要工程的施工；受冻严重而又有抗冲抗磨要求部位，严寒地区钢筋净保护层严格按规范标准施工；土方工程在雨季施工，要控制土料的含水量；采用非冻胀性材料置换冻胀性地基时，要控制小于0.05mm粒径含量按质量比必须小于总质量的6%，控制回填土料的相对密度等。
（四）使用过程抗冻措施
加强对水工建筑物的运行管理工作，经常系统地观察，掌握冻融变化规律，预测可能出现的冻害，及早采取补救、防护措施，减小或消除隐患，增加工程使用寿命。
不断总结抗冻融经验和掌握水工建筑物冻害成因，结合具体工程不断探讨采用抗冰冻作用的先进技术和措施，为水利建设服务。
参考文献：
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[4]浅