1、中华人民共和国行业标准水工建筑物抗冰冻设计规范SL 211一-98条文说明1998年北京目次1 总则.73 2 基本资料. 75 3 冰冻荷载.77 4 材料.80 5 堤坝.86 6 取水与电站建筑物.93 7 渠道衬砌与暗管.101 8 闸涵建筑物.106 9 挡土墙11210 桥梁和渡槽.116 11 水工金属结构.121附录A中国主要河流冰情特征. 126 附录B土的冻结深度的确定.127附录C土的冻胀量的确定.129 附录D冰压力计算.131 72 1总则1.0.1 我国北方地区的水工建筑物，在冬季运行过程中均存在冰或地基土冻胀作用的问题，使不少工程结构遭受不同程度的破坏，而目前又无
2、专门的水工建筑物抗冰冻设计规范。因此，制定本规范是水利水电勘测设计标准体系中的一项重要内容，其目的在于更合理地设计北方寒冷地区的水工建筑物，保证其安全运行和应有的工程寿命。1.0.2 本规范的内容包括各类水工建筑物的抗冰冻设计问题，主要包括如下。1 闸门、拦污栅结冰影响工程运行。2 冰层膨胀对水工结构物的推力和破坏作用。3 取水口和渠系结冰和冰培造成的流量减小和漫溢。4 流冰对建筑物撞击和排冰输冰问题。5 混凝土和巧工结构的冻融和冻胀破坏。6 冻融滑坡对渠道和建筑物运行的影响。7 地基土冻胀对涵闸、挡土墙、渠道(暗管)、渡槽和厂房(泵房)的破坏和对桩(墩)的上拔作用。抗冰冻即是指防止这些冰冻作
3、用对水工建筑物的破坏或对正常运行的不利影响。1. O. 3 由于本规范是初次制定，无同类规范作依据，而且适用范围较广，冰冻问题的自然因素较复杂，因此，在本条中根据规范的特点规定了进行水工建筑物抗冰冻设计应遵循的基本原则和方法，包括在执行本规范的同时还可结合具体工程条件进行科学试验，并在此基础上采用先进技术，从而也可为补充和完善本规范提供依据。1. O. 4 本规范只包括水工建筑物设计中有关抗冰冻的要求，其他常规设计要求仍应遵守相应各类水工建筑物现行的国家和行业技73 术标准。由于这些现行技术标准对抗冰冻设计的规定一般未作过专门研究，或不够周密、全面，因此，抗冰冻设计部分应按本规范执行。74 2
4、基本资料2.0.3 本条规定的气候分区仍活用原SDJ20-78(水工钢筋混凝土结构设计规范的规定，分为严寒、寒冷和温和三个区，分区标准亦未更改。2.0.4 负气温指数是指一个冻结期内，日平均负气温值的累计值CC d)。其中不包括在冻结期内，特别是冻结初期和后期，由于气温回升而可能出现日平均气温为正值的日子。2.0.7 地基土发生冻胀的基本条件是负温、土质和水分，三者缺一不可。就土质而言，主要是指它的细颗粒成分，只有当它的含量适宜时才会有冻胀产生，否则就不会有冻胀。因此，需要给出冻胀性土和非冻胀性士的定量判别指标。这对判别地基土的冻胀性和采用非冻胀性土置换冻胀性地基土的抗冻胀措施都具有重要意义。
5、这也是国外的土的冻结敏感性研究和国内的土的冻胀分类研究的基本目的之一。现有各种研究成果逾百种。其中，在易于形成冻胀机制的颗粒尺寸范围方面:国内认定为O. 0050. 05mm，国外多认为在O.020. 074mm之间。但在颗粒含量数值的限定上差别较大。例如:国外有的资料(Delaware，1960年)认为小于0.074mm颗粒含量占35%以下时无冻胀危险;有的资料(端士，1975年)认为小于0.02mm含量大于3%便常常发生冻害;我国公路桥涵地基与基础设计规范中规定位径大于O.lmm的颗粒超过全重的85%、冻结期地下水与冻深的垂直距离大于L5m时属不冻胀;哈尔滨建筑工学院资料提出，对于细砂，当
6、粘粒含量小于1%、粘粒加粉粒含量不大于5%时属不冻胀土;我国GBJ7一89(建筑地基基础设计规范中规定小于0.074mm的粒径小于10%时为不冻胀性土。根据上述情况，并考虑到水工建筑物地基常在水浸条件下工作，有产生冻胀的充分条件，提出本条对冻胀性土与非冻胀性土75 的判别标准。2.0.8 标准冻深是计算建筑物各计算点冻深的依据。由于工程地点不可能有长期观测资料，因此，目前确定标准冻深的方法:一是建立在冻深与负气温指数之间的统计关系上的半经验公式;二是利用气象台(站)多年的实测冻深值绘制的冻深等值线图;三是直接采用附近气象台站的实测统计值。由此可见，不论何种方法，都要依据气象台(站)的实际观测资
7、料，而后一种方法，只要工程地点附近有气象台(站)，则最为实际和可靠。因此，本规范规定工程地点土的标准深宜直接采用邻近气象台(站)历年最大冻探观测值的平均值;当水工建筑工程地点远离气象台(站)时，可以查图2.0.5。图2.0.5是根据我国北方229个主要气象台(站)30年系列的年最大冻深观测值算得的多年最大冻深平均值绘制的。在现行的有关技术标准中，例如在我国公路桥涵地基与基础设计规范和工业与民用建筑地基基础设计规范中，是以土质(颗粒成分)、含水量和地下水条件及冻胀率为土的冻胀性强弱的分类判定指标。前者把地基土的冻胀性分为冻胀、不冻胀二类;后者分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀四类，相应的冻胀率即冻
8、胀量与冻深之比为z不大于1.0% , 1. 0%3. 5% , 3.5% 6.0%和大于6.0%。本规范采用以冻胀量绝对值的大小作为划分地基土冻胀性分级的指标。这种分级方法可将冻胀量值与建筑物地基允许变形值直接比较;对地基土冻胀可能给工程的危害程度进行直观、定量的评价z同时，也可对各种抗冻胀措施的适用范围、条件给出定性的区分。鉴于水利工程地基土因水分充足而具备冻胀的充分条件，故本条将地基土的冻胀性划分为五级，使其能满足水利工程地基土的分类要求和反映冻胀量绝对值大和变幅大的专业特点。不过，在冻胀量挡次的划分上是否完全合适，有待今后规范执行过程中和工程实践中验证。76 3冰冻荷载3.0.1 在现有
9、的有关设计规范中，缺乏对冰冻荷载的规定或规定不够明确。有的规范只对其个别荷载作为特殊荷载考虑。建筑物因冰冻荷载作用而破坏的现象相当多。例如据1979年对黑龙江省查晗阳灌区的调查，有93座渠系建筑物因冻害作用而破坏，占调查总数的83%;1981年对吉林省梨树灌区216处工程的调查，有85处是因为冻害遭受破坏的，占调查总数的39.4%;再如新疆北疆地区有半数混凝土衬砌干、支渠因冻胀受到不同程度的破坏。此外，在北方地区，水库的进水塔架、土石坝护坡、闸门和桩墩结构被冰推破坏的事例亦不少。因此，为设计合理和保护结构物安全，本规范规定，冰冻荷载应作为基本设计荷载。对于寒冷地区的建筑物，这种荷载在它们运行期
10、间每年冰冻期内都必然要出现的，但是，由于各地和工程地点的具体条件不同，使得这种荷载在时间和空间上都是变化的，所以，它又属于可变荷载。3.0.2 冰压力的划分方法不尽相间，例如有的将冰块(场)运动时产生的压力分为流冰动压力和流冰静压力。本规范中的动冰压力是指流冰时产生的压力，静冰压力是指水库冰层温叶膨胀时产生的压力。3.0.3 土的冻胀力是地基土冻胀时受到建筑物的约束而产生的作用力。根据对建筑物的作用方向不同，冻胀力分为切向冻胀力、水平冻胀力、竖向冻胀力(在国内常称为法向冻胀力)三种。本条中分别给出了这三种单位作用力的标准值。1 切向冻胀力是桩、墩基础周围土体冻胀时，由于受到基础的约束而作用于基
11、础侧面向上的作用力。冻胀和约束是产生冻胀力的必要与充分条件。基础与基土间的冻结力是切向冻胀力形成与传递的媒介。其破坏时的抗剪强度等于瞬时最大切向冻胀力值。墙的切向冻胀力由于约束作用小，其值应较桩、墩的切77 向冻胀力低，但目前实测值少，还难于定量。国内外对季节冻土区基础侧表面的单位切向冻胀力研究成果不少。国内进行现场研究工作的主要有黑龙江省的低温建筑研究所、水利科学研究所和交通研究所，水利部松辽委科研所等单位。公路和工业与民用建筑行业已给出了本行业的切向冻胀力值。由于其分级标准存在差异，加之水文地质条件的差别，试验条件亦有所不同，因而测值和取值标准亦有差别。根据上述各单位分别在黑龙江省大庆市龙
12、凤试验场，哈尔滨万家试验场、巴彦和庆安试验场，吉林省双辽和公主岭试验场等6个不同水、土和冻胀条件试验场的多年原型实验结果，并参照现行有关技术标准，经整理分析，提出表3.O. 3-1的单位切向冻胀力标准值。经多年实际工程验证较为合适。2 水平冻胀力是指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。在冻结周期内的不同时间和沿墙高的不同部位的单位水平冻胀分布不同，因此本条中规定取沿墙高的最大单位水平冻胀力为标准值。国内曾进行水平冻胀力现场实验的单位主要有水利部东北勘测设计研究院科学研究院的长春地区西新和向阳模型挡土墙、铁道部西北科研所的风火山试验挡土墙，黑龙江省水利勘测设计院巴彦东风水
13、库挡土墙、吉林省水利科学研究所和东北院科研院的东阿拉和大安屯锚定板挡土墙工程、黑龙江省水利科学研究所的万家冻土实验站和海林新安挡土墙。试验观测时间最长的达6年。本条中的表3.0.3-2给出的最大单位水平冻胀力标准值，是在上述试验研究中所获80组实测资料的基础上，以合力相等和力短平衡并保持最大单位水平冻胀力作用点不变为原则，对分组资料进行线性简化后得出的。3 竖向冻胀力是指地基土冻胀时受基础约束而作用于基础底面垂直向上的作用力。凡基础埋置深度小于基础设计冻深，且地基土属冻胀性土时，都存在竖向冻胀力的作用。为验算量大面广的小型涵(特别是在深季节冻土区)，一些非承重或护面式结构(如铺盖、护坦板、渠道
14、和坝坡护砌板等)，在78 竖向冻胀力作用下的稳定性，并为基础合理浅埋提供设计依据，都要有按地基土冻胀性确定的竖向冻胀力标准值。其难点在于，国内外的研究成果中提供的数据相差太悬殊，最小者不足100kPa，最大者达5600kPa，使设计人员无所适从。己有的室内试验尤其是野外原型实验(包括目前国内最大的3mX3m野外大型实验)说明，竖向冻胀力的大小取决于基础的约束程度和地基土的冻胀性和压缩性。若把基础视为刚体，则单位坚向冻胀力大于地基土的前期固结压力时，地基土(未冻结土层)产生排水固结，单位竖向冻胀力值衰减，且单位竖向冻用力极大值不应超过地基的极限承载力。当单位竖向冻胀力小于地基土的固结压力时，单位
15、竖向冻胀力值的大小取决于基础所受的约束力。旦基础产生上抬变形，其值随之衰减。此外，单位竖向冻胀力随基础板面积的增大呈指数规律衰减并趋于常值。在载板面积小于2万cm2范围内，单位竖向冻胀力值变化剧烈。表3. o. 3-3给出的单位竖向冻胀力标准值是在不考虑基础位移时，对应于一定的基土冻胀类别和载板面积可能产生的单位竖向冻胀力极大值，是根据黑龙江省水利科学研究所的试验资料和国内外有关成果综合分析给出的。3.0.4 斜坡上的桩受冻胀力作用的条件与水平地表的桩不同。由于冻胀力方向与冻结面相垂直，因此，对于斜坡上的桩，在冻结过程中将有与之斜交的冻胀力作用，同时还存在与周围土之间的冻结力，从而也使得桩周的
16、受力条件不同。由于目前这方面的研究很少，难于定量，所以，在遇到这种情况时宜根据具体情况研究确定。3.0.5 冻胀力对挡土墙的作用及其过程较复杂。考虑到对墙体产生水平冻胀力作用时对后部未冻土体将产生反力，这种反力起平衡土压力的作用。所以，水平冻胀力只有大于土压力时才起控制作用，否则在挡土墙设计中仍是土压力起控制作用。因此，设计时，两种力不叠加，并取其中不利组合。79 4材料4. 1混疆土4.1.1 我国以往有关规范沿用前苏联40年代标准，抗冻标号较低，并采用试验工作量大的慢冻法。美国在40年代规定，不论气候如何，一律要用快冻300次作为外部混凝土耐久性标准。本规范亦不再沿袭过去的慢冻标号，而规定
17、用快冻试验测定的抗冻等级。4.1.2 室内试验和实际工程经验表明，饱和的混凝土才有冻融破坏，干燥的混凝土并无破坏。水工结构物长期暴露在大气中，即使远离水面部位也易受雨淋和霜雪作用，使之常常处于饱和状态。其冻融破坏程度往往不亚于水位变化区。只有长期受日晒的阳面混凝土才比较干燥而不易遭受冻融破坏。因此，表3.1.2中除按气候分区和年冻融循环次数外，还提出按日晒与否的小气候条件提出抗冻等级要求。大量调查表明，我国南方温和地区的水工建筑物也有严重的混凝土耐久性问题。其破坏因素以钢筋碳化锈蚀居多，冻融破坏也占有相当大的比例。因此，表4.1.2中对温和地区也提出F50、F100的要求。水下、土中、大体积内
18、部的混凝土，虽然运行期不受冻，但施工期仍可能有冻融破坏，故规定严寒地区仍应达到F50的要求。表4.1.2中构件的划分比较详细，目的是便于使用。表中的抗冻等级比现行有关规范有些提高，但比美国规定外部混凝土一律为快冻300次的要求仍较低。表中未列F400的适用范围，这一级是为要求F300的部位有较多不利因素时选用的。关于冻融循环次数的定义在国际上仍然是一个意见分歧、悬而未决的问题。一般认为，混凝土中的自由水冰点接近和略低于80 OC，吸附薄膜水冰点更低，实际上不会冻结。美国T.C.饱威尔斯则认为混凝土中的水分含溶解盐，升温时的最终融点约一1.OC，降温时常在一5.0-12. OC开始结冰，在一15
19、.0C时可认为全部或绝大部分可冻水已冻结。我国中国水利水电科学研究院和南京水利科学研究院分别作过现场和室内试验，从试验结果看，大体上融点略高于OC，冰点则略低于OC。由于工程设计时只能取得气温资料，而混凝土温度也主要受气温影响，因此，只能用气温为统计指标。根据制订本规范过程中专门征求有关单位对混凝土抗冻技术要求的意见，并考虑到以往几十年设计中沿用的标准，本规范对不与水接触区仍采用+3C和一3C的气温标准。可以认为，这两个气温大体上接近或分别略高于和略低于混凝土表面OC的温度，因而在目前情况下是适宜的。但是，对水位变化区的温度标准，根据征求到的意见和考虑到现行规范中所用的月平均气温低于一3C期间
20、的规定。不能恰当反映实际冻融状况，可能造成冻融循环次数偏多或偏少，因此，将月平均改为日平均。表4.1.2的注4的规定是考虑最冷月平均气温低于一25C的地区现有水利工程少，经验不多而定的。这些地区主要是大兴安岭最北部和青藏高山地区等。4.1.3 1986年发现丰满大坝溢流丽(阴面)发生了深层破坏。因此作出了本条的规定，以策安全。4.1.5 小型工程不易通过试验确定抗冻混凝土配比。因此，本条对小型工程规定较易达到的水灰比和含气量要求。实践表明，使用有引气作用的外加剂，采用低水灰比，用含气量作为现场质量控制标准，就可以得到较高的抗冻性。水灰比的规定系根据国内经验和美国标准确定的。例如，美国垦务局规定
21、严寒气候区外露面最大水灰比为0.45，美国混凝土学会规定为0.44.我国东北地区大型水电站一般为O.400. 45 , 个别低于0.40，都比我国现行设计施工规范严得多。含气量参照美国ACI301-72的1983年修订版，将含气量规定由现行施工规81 范的一种改为两种，含气量误差由:1:0.5%放宽到:1:1.0%，以利于实际中执行。本条对原材料未作规定。其原因:一是我国原材料品种多，性能不一，不便硬性规定;二是某一原材料抗冻性能的缺陷，往往可借助其他材料弥补，例如，骨料抗冻性低时，可依靠引气剂，降低水灰比得以弥补;再如使用火山灰质硅酸盐水泥或掺粉煤灰会严重降低抗冻性，但掺量较低和使用引气剂则
22、无明显影响。因此，仅规定大中型工程材料与配比均应经试验确定。但是，国内在选用抗冻混凝土原材料中大致有如下一些经验可供参考。水泥抗冻性能依次为:纯熟料硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸水泥、火山灰质硅酸盐水泥。没有优良引气剂时，不使用火山灰质硅酸盐水泥拌制抗冻混凝土;有优良引气剂时，F200 其及以下的混凝土的粉煤灰和水泥中原有火山灰质掺合料的总掺合量不超过胶凝料总重的30%。国产引气剂中以松香热聚合物及其衍生产品为最优。木质磺酸钙产品不能认为是有引气作用的外加剂，在FI00及其以下的抗冻混凝土中可以使用，而F150及其以上的抗冻混凝土则不能满足要求，必须与有引气作用的外加剂配合使用。4.1.
23、6 本条是对现行SDJ207-82(水工混凝土施工技术规范的补充。原材料品质不稳定往往造成实际施工与配比试验结果不符，故材料试验宜注意品质的变差系数。4. 1. 74. 1.8 本条也是对水工混凝土施工技术规范的补充。前苏联和美国的经验表明，混凝土早期受冻对其抗冻性的影响比对抗压强度的影响大，特别是钢筋握裹力基本完全丧失。因此，提出本条规定。4.1.9 实践和室内试验表明，钢筋混凝土比素混凝土较易受冻融破坏。其原因是保护层易开裂、剥落。据此，本条对溢流面、尾水闸墩等另作加厚保护层和钢筋净间距的规定。配筋设计中缺少支承架立筋容易造成保护层厚度不足。钢筋间距过密或保护层过薄易使保护层不密实。这些都
24、会严重影响钢82 筋混凝土的抗冻性，故设计中应保证保护层的厚度和密实性。4. 1. 10 混凝土冻胀破坏是近几年才特别强调的严重冰冻破坏形式。一般的冻融破坏大多限于1昆凝土表层，至多只导致钢筋外露和溶蚀，从而又加速冻胀破坏，形成恶性循环。丰满大坝是破坏的典型。虽然1943年前施工质量已很低劣，但1942年冬蓄水前的照片显示外观尚完好，1943年蓄水后秋末的照片也只几处渗水，但是其后各年坝体渗漏急剧增加，不少处呈射流状，冬季下游全部冻成冰山。解放初即发现水平施工缝普遍张开，缝宽可达5mm，深度可达数米。1951年初设置的坝顶水平变位观测标点，当年汛期最大变位达112mm，至1954年10月各坝段
25、变位普遍达240280mm以上。但当时只单纯把此种现象的原因归于施工质量低劣，没有认识到蓄水后的冻胀的加速破坏作用。50年代后发现坝顶沉陷标点逐年抬升，至1973年后才认为是坝顶局部冻胀。但由于不影响坝体安全，仍未引起重视。1985年已测到溢流面有鼓包现象，但仍以为是当年施工当时模板变形。直到1986年泄洪时，# 12和你13坝段溢流面大量被冲毁，并发现虽然其外层1953年提筑的溢流护坡面质量良好，但其下的旧混凝土内有几层平行溢流面的宽达数厘米的张开裂缝，与冬季冻土中产生冰夹层的基土冻胀十分相似，才引起震惊，并把这种现象定名为混凝土冻胀。丰满坝顶冻胀抬升现象左岸比右岸轻，其原因是右岸坝顶廊道下
26、游侧无钢筋，而左岸廊道有竖向钢筋。此外，右岸上游面配有钢筋网，钢筋网内的混凝土比无筋混凝土冻害轻得多。因此，可以认为，钢筋具有限制混凝土裂缝发展，也就限制冻胀发展，从而防止结构破坏的作用。据此，本条规定为防止冻胀开裂宜设置钢筋。配筋的下限是根据丰满坝顶左岸廊道下游侧配筋量5.0cm2确定的。4.1.11 本条是总结国内工程经验，并参照美国混凝土学会(ACD和垦务局的有关文件，对抗冻结构作出的一般要求。混凝83 土水工建筑物设计，首先应从构件选型上避免受冻害，然后再提出相应的抗冻等级。我国水利水电工程常因施工质量欠佳而不得不在表面加装修层。调查表明，表面抹灰极易冻胀、开裂、剥落，并不美观。国外无
27、论发达或发展中国家一般土木工程表面都不加装修层。国内交通、城建等建筑物也大多不加装修层。因此本条规定设计中应充分利用混凝土建筑物体形、尺度与混凝土质感，提高模板和浇筑质量来满足外观要求。4.2接缝止水4.2.1 分缝是防止不均匀冻胀开裂的一个重要基本措施。但沉陷缝又常常是渗漏、土壤流失，甚至结构破坏的一个因素。因此，如果可以省去沉陷缝时，宜尽量做成整体结构。4.2.2 冻胀性土基上建筑物的接缝三向变形都大，与岩基上建筑物的接缝有很大区别。缝宽较大时易适应这种变形。渗水结冰会妨碍接缝自由变形。缝端混凝土容易冻胀或挤压破坏。严重渗漏可导致缝后土壤流失，甚至结构倒辑。因此，缝的结构应能防止渗水。4.
28、 2. 34. 2. 4 本条根据我国经验并参照美国棍凝土学会规范制订，以使接缝设计更加完善。接缝止水应便于检修，例如在外露面用型钢、螺栓，压紧橡胶止水板的办法作用可靠，也便于维修。4.2.5 抗冻胀用的止水片最好采用橡胶或合成橡胶类材料。只在变形不大时才使用铜止水片。退火薄紫铜片比一般不退火的压延铜片能适应较大变形。表4.2.5-1和表4.2. 5-2是对塑料止水片适应低温的性能要求。形止水片便于骑缝安装在模板上。浇筑混凝土时不致走样。而且，适应三向变形的能力比中间圆管形止水片大得多。故作本条规定。4.2.6 止水片安装和保护常常是止水能否成功的关键。故在立模时和拆模后有专门保护措施。清洗仓
29、面时要注意检查止水与水平84 (垂直)施工缝交接处是否夹有尘土，浇筑时应防止止水变位和保证止水片两侧的混凝土振捣密实。国外招标设计和施工图常有专门规定和详图，故作本条规定。4.2. 我国一般不重视填充料与止水嵌缝料的区别，常常是沿用沥青质材料填满。其后果是构件受热膨胀时沥青材料被挤出，冷却后无法再充满张开的缝隙，造成拉裂、漏水或下层土料流失。因此，规定嵌缝材料不应充满缝的全高。为此，可使缝宽比预计缝宽变形大一倍以上，使填缝材料本身变形不大于50%。缝内迎土侧可充填填充料、木材或矿渣棉等，以免两侧混凝土挤压破裂。缝的中部填以薄层嵌缝止水材料，其厚度小于缝宽一半。这样才能适应缝宽变化，如示意图4.
30、2.7。互施工3王施工 挤压(a) 张开直111!挤压张开(b) 图4.2.7缝的构造示意图(a)不正确构造;(b)正确的构造4.3保温材料4.3.3 聚苯乙烯板己广泛用于防止地基冻胀和其他结构物的保温。表4.3.3是根据SG232-81(聚苯乙烯泡沫塑料板和水工建筑物要求提出的。85 5堤坝5. 1一般规定5.1.2 蓄冰库容大小的规定是根据西北地区的多年经验提出的。抗冰设计超高是考虑可能出现的冰块堆叠而定的。当开江时，泄水口附近的坝段仍有可能产生冰块堆积，故规定超高应不小于库内最大冰厚的1.52. 0倍。武开江一般是由于上游涨水冰层被鼓开而发生的猛烈流冰。由于武开江形势比较复杂，故应考虑多
31、种因素确定超高。根据东北一般武开江后江边残冰堆积情况来看，通常可达三层。故提出混凝土坝和浆砌石坝的超高应不小于世冰库水位以上最大冰厚的34倍，至于土坝，考虑到冰块沿斜坡的上滑，故加大到最大冰厚的36倍。这里的最大冰厚是指水库(河道)的最大冰厚，流冰的初期的实际冰厚一般是它的O.8倍左右，所以1.5倍最大冰厚约相当于实际的两层堆冰。在武开江的情况下，特别是伴随有大风浪作用时，不论泄冰与否，都将发生较严重的冰堆积和塞高水位，有的土坝和蓄水闸因此而发生冰块越过坝和闸门。因此，规定武开江较频繁时宜加大超高。在通常情况下，上述的抗冰设计超高不致于超过校核洪水的要求，易于满足。只是在库容较小、流冰初期水位
32、较高和伴随较大风浪的武开江时，特别是坝坡较缓的土坝，才可能不易满足。因此，遇有这种情况时，要认真分析冰情形势，采取加大超高或加大世冰能力等措施。防浪墙一般不能抗御流动撞击，故规定超高只能算至坝顶。5.1.3 当出现冰坝、冰塞和冰洪时，造成的洪峰流量、流冰量和水位塞高远比般武开江严重得多，一般世冰措施难于应付，故应作专门调查和试验研究，然后进行适当的抗冰设计。5.1.4 东北许多大坝坝顶水平或垂直位移测点和观测基点都有86 变位。分析时常被视为坝体的时效变位，造成误差。有时，甚至廊道内引张线和垂线也结霜或结露。因此，设计中应考虑这些问题。5.2 混凝土坝与浆砌石坝5.2.1 低坝在冰推力作用下，
33、如按摩擦公式校核抗滑稳定，往往会造成底宽大于坝高的现象。混凝土重力坝设计规范虽已明确修订用剪摩公式计算粘着力，但地方中小工程仍采用摩擦公式。故本条重申这一规定。5.2.2 东北不少大坝普遍存在路面冻胀破坏现象，最突出的为丰满大坝路面，虽然采用了抗冻混凝土，真空作业，强度也较高，但路面仍发生开裂、鼓起、剥蚀。每年1月上抬约10mm，4月回落约9mm，20多年累计上抬33mm。其主要原因是坝顶以下7m内全部为负温，3m内有冻胀裂缝7条。尽管库水位通常很少达到此高度，但由于坝顶两侧栏杆为实体防浪墙形式，既挡风吹又挡日晒，积雪融化后又不易自由排水，使坝顶混凝土处于饱和状态。因此，坝顶破损严重。相反，在
34、大坝下游的江桥，由于采用不挡阳光和风雪的稀疏栏杆，排水也比较通畅，桥面棍凝土较干燥，运用四五十年至今，除表层砂浆磨蚀露石外，其余情况良好。据此，规定宜采用稀疏栏杆。5.2.3 国外坝顶路面很多在混凝土上加铺一层黑色路面，以吸收辐射热，使下层混凝土温度升高，不易积雪，融化的雪水也不易下渗。这是一个简易可行的减轻坝顶冻害措施。国内大多将坝顶路面与下层大体积混凝土分开浇筑。这样，易产生冻胀和开裂。所以，以整体浇筑和黑色面层找平为好。5.2.4 坝内廊道竖井中的空气一般均处于饱和状态。由于冬季竖井内气温高于室外气温，烟囱作用将湿空气运送到坝顶廊道。这是使坝顶部位混凝土饱和的一个主要原因。设置密闭保温弹
35、簧门可隔断水汽通道，减小坝内温度应力和坝顶破坏。5.2.6 闸门井等各种内部充水的井、管，常是渗水、冻胀和冻融87 破坏部位，故规定做好内部防渗防冻措施，井口封闭，以防止烟囱作用。混凝土虽然有一定抗渗性，但其抗蒸汽透过性却很差。廊道竖井内湿气容易侵入较单薄的墙壁，引起破坏。用一般油潦即可防止这种现象发生。5.2.8 周边缝冻结会严重改变坝体应力分布，甚至可能影响坝体自由收缩，产生裂缝。5.2.9 国内一些连拱坝和平板坝、大头坝均有不同程度的裂缝，局部补修又很难彻底解决问题。桓仁大头坝虽然施工期裂缝众多，但设置封腔盖板后，腔内温度变幅仅为气温变幅的1/4，消除了日变化与温度骤降，几十年来运行良好
36、。挪威、瑞典等国的小型平板坝都有下游封闭隔墙，据报导，其运行情况好于小型重力坝。5.2.10 碾压式混凝土坝的预埋式或拔管式排水管容易堵塞，又无法钻通，且影响碾压施工。采用钻孔式排水管可确保通畅，又便于日后疏通，还兼有取芯压水等补充质量控制作用。5.2.11 浆砌石实际上不能起到防掺和抗冻的应有作用。很多浆砌石坝往往在上游砌体内做一层砂浆或小石混凝土防渗层，但因不易保证质量，实际上也不能防渗。只有在上游坝面另浇一层钢筋混凝土护面，才能确保防渗，从而减轻坝体的冻害。5.3土石坝与堤防5.3.1 土石坝的粘性土心墙、斜墙和铺盖是防渗主体，受冻后易产生裂缝、漏水，这是不允许的。因此，无论是运行中或施
37、工过程中均不得受冻。5.3.2 铺设防冻层有两个作用。一是防止坝坡受冻裂缝;二是消除或减小粘性土坝护坡的冻胀量。实际工程调查说明，坝坡土的冻胀造成护坡局部隆起，加之冰压力的作用，使护坡层在冬季冻结期内产生位移、裂缝，破坏原有的整体性。在解冻期，特别是解冻之初伴随大风的情况下，护坡很易被破坏。因此，设置防冻层，减免坝坡土的冻胀是保持护坡完整和抗风浪破坏能力的必要88 措施。调查还发现，护坡在土的冻胀和冰推力作用下的服胀主要发生在冰面至冰面以上1.5m左右范围内，相应坡长约46mo因此，在设计中应特别注意这个范围内的防护，并采用非冻胀性土作防冻层。防冻层的厚度，包括护坡和垫层在内，在一般情况下宜等
38、于或大于设计冻深，以免除或基本免除坝坡粘性土的冻胀。但是，在预计土的冻胀和冰压力较小的情况下，以及对于小型工程，要求防冻层太厚可能在经济上不够合理，因此，本条中提出可根据工程具体条件适当减小防冻层厚度。由于沿坝坡不同高程处的冻深不同，因此，根据上述护坡冻胀变形的主要范围，提出取冰面以上1.0m高程处为设计冻深的计算点。5.3.3 标准冻深大于1.2m和冰厚大于O.61. 2m的地区主要为辽宁东部和北部，吉林、黑龙江、内蒙古东部和新疆北部的季节冻土区。这些地区的土坝护坡冻胀和冰推问题较多。由于造成冻胀和冰推的自然因素多变，加之目前虽然提出了一些抗冰推计算方法，但往往不得合实际冰推情况，难于用作护
39、坡计算。因此，本条中根据已有试验和总结国内外较成功的工程经验提出几种抗冰推护坡结构措施。这些措施稍高于现行设计习惯，但从保证安全考虑可以认为基本上是适宜的。本条中对护坡厚度和材料尺寸规定的范围是考虑冰厚和冰压力大小不同而提出的。5.3.4 土心墙(斜墙)与防琅墙、齿墙、翼墙的连接面是渗漏的薄弱面。由于1昆凝土导热条数大于土料，冬季冻深比土的冻深大得多，因此，连接面可能受冻，且往往在交界面上有冻裂缝产生，从而可能导致渗漏破坏。设计中应注意防止这种现象。5.3.6 土石坝应注意排水设施的防冻。冬季冻结，排水不畅。这对坝坡不利。下游坡用植物护坡可减少人渗水，可起保温作用，防止坝坡裂缝，而且在经济上，
40、特别是对中小型工程是有利的。5.3.7 水库在封冰期和封冰后一段时间内，冰层沿斜坡上爬是常有的现象，只是因护坡结构和水库条件及温度状况不同，爬坡量的大小不同。当库水位高和冰面至防浪墙之间的坡长小于冰层的89 爬坡长度时，上爬冰层的推力可能破坏防浪墙。这种现象也出现过。设置陡直段或导滑齿是使顺坡上爬的冰层在未到达防浪墙时折断。防浪墙的工作状况类似于挡土墙。若坝顶土的冻胀较大，则可能对墙体产生水平推力。5.3.8 本条的前三项是根据东北关门山面板堆石坝的经验和在建面板堆石坝的设计要求制订的。面板与垂直墙的连接缝常位于正常蓄水位附近，其设计构造应考虑冰推力。5.4 溢流坝与溢洪道5.4.1 开江时，
41、冰块最大尺寸几乎可达到全河宽，没有闸墩的自由溢流堪易于适应过冰。必须设闸(桥)墩时，跨度要尽可能大。5.4.2 本条是根据过冰试验和经验提出的。水深不足时，加剧冰块对堪顶撞击，并产生挤、卡、童塞现象。因此，桥下应有足够净空。5.4.3 面流能将浮冰送往下游，且不致破坏下游设施。5.4.4 如果上游泄冰而下游尚未全部开江，特别是由南向北的河流，则会产生冰坝。从而使下游水位大大增高，影响枢纽工程正常运行，甚至造成两岸的淹没损失。例如云峰水电站施工期由于下游冰块辈积使下游围堪漫水淹了基坑。5.4.5 一些小型工程的溢洪、泄水建筑物常不配筋，甚至采用浆砌石结构，运行不久即遭破坏。故作本条规定。5.4.
42、6 严寒地区水位变化区的岩壁也常会产生冻融和冻胀剥蚀和崩拥，面对大风向侧尤为严重。这种现象在国内一些工程中曾出现过。因此，上下游导墙、护岸设计防护范围内应考虑防止岩壁破坏对工程运行的影响。5.4.7 本条系归纳国内外经验提出的。美国混凝土学会有人甚至建议频繁受海冰撞击的建筑物采用C70混凝土。5.4.8 土基上的溢流堪不允许受竖向冻胀力作用，以免发生向上90 位移，故规定埋深要大于基础设计冻深。对于岩基上的溢流堪，在一般情况下不致发生冻胀破坏问题，故埋深可在冻探范围内。但为了预防堪底或岩缝内可能存在的水分冻结时发生冻胀，故要做好排水和锚筋。不少水库，冬季常因缺水而处于死水位，甚至更低，使护坡长
43、期暴露，易受冻胀破坏。设计中应足够估计这种情况。5.4.9 泄槽底板厚度迄今为止尚未有成熟的计算方法。目前主要用工程类比法确定。据调查和有关资料，岩基泄槽底板厚度大多数为o.3O. 5m。本规范规定不宜小于O.4m，主要是依据已有工程经验和冻融破坏与修补因素提出来的。从抗冻融出发，底板钢筋保护层不宜小于O.lm，冻融破坏修补厚度最好大于钢筋保护层O.05m以上。这样，若板的总厚度小于O.4m，则剩余厚度将过薄。此外，底板越薄，分块尺寸宜越小，缝就越多，而永久缝也是冻融破坏的薄弱环节。泄槽底板的分块尺寸是由气候特点、底板厚度、地基约束条件和混凝土浇筑时的温度控制条件确定的。我国溢洪道设计规范规定
44、泄槽底板的分块尺寸为1015m，美国和澳大利亚为6.115.2m，东北一些工程为810m。东北地区的调查发现，不少泄槽底板中心处产生裂缝。根据上述情况，本规范规定不大于9m。5.4.10 岩基上世槽底板下挖排水沟不易成形。由于埋深浅，常常首先是出口被冻结，然后是下游侧低处排水沟(管)积水冻胀，使泄槽底板开裂。东北一些水库的溢洪道均有此现象。排水平洞冬季不会因被冻结而不能排水，洞内设排水孔可将岸坡溢洪道山体地下水疏干，施工并不困难。底板上钻设倾向下游的排水孔，虽然也有些孔口易被冻结，但因孔数较多，有些不被冻结的排水孔仍然可起排水作用。阳坡阳光辐射升温而不致冻结的条件，但仍须注意是否受山体或边墙遮
45、荫而成为阴坡。5.4.11 土基上的泄槽底板厚度多数为O.51. Om。本规范取不宜小于O.6m。由于土基对板的约束作用比岩基小，故采用较大的分块尺寸，以增加底板的整体和稳定性。91 5.4.12 土基上通常只能在底板下设常规的排水沟管，也比较有效。但其尺寸要比岩基中的稍大。5.5 泄洪洞与坝体泄水孔5.5.1 中孔、底孔冬季未充满水时，孔内空气与外界空气对流，造成混凝土结霜、冻胀。若闸门井未加盖，则孔洞与闸门井形成烟囱作用，冷空气流通使孔、井受冻更严重，甚至开裂。这种现象在有的工程中曾发生过。因此，要在下游做封闭设施或使孔(洞)出口淹没水下。5.5.2 过去不少水库采用框架式进水塔，多数受冰
46、推破坏。后来一般都采用封闭井筒式，虽未进行冰推计算，大中型工程均无问题。5.5.3 当闸后元压段长度小于50m时，将出现5.5. 1中所述的情况，为防止混凝土产生裂缝，孔(洞)周围要增加钢筋，并在其末端加保温设施。92 6 取水与电站建筑物6. 1一般规定6.1.1 以往的水利、水电枢纽中的引、输水建筑物设计，一般都按常规进行，未考虑冰冻作用或考虑不够，因而出现过不少事故，如冰凌墙塞、压力铜管受冻和变形等。本章针对这些问题对严寒与寒冷地区有防冰要求的引、输、排水所属建筑物的冬季输水、排冰和电站的厂房、压力管道等建筑物抗冰冻设计作出规定。6.1.2 本条中提出的运行方式是通过几年来的试验研究和工
47、程运行实践总结出来，而且是目前在有防冰要求的取水、输水工程中行之有效的几种主要防冰害的工程措施。6. 1. 36. 1. 4 这些规定是在规划设计过程中，取水、输水系统达到良好的输、排冰水力条件及工程安全的基本要求。6.1.5 输冰运行时，常会在建筑物或弯道等水流变化处形成局部塞塞。结冰盖运行时，常由于局部地段冰盖下净空不够或其他原因，冰盖上有流水清沟，使冰盖加厚，产生漫渠垮堤。个别情况甚至须紧急动用军队上万人抢修。因此规定超高应较常规设计增大。渡槽、倒虹吸等建筑物两端的超高亦需增大。溢水堪或虹吸管可有效地控制水面线不致漫渠，一般都设于跨越沟谷处。我国目前控制水位常靠人力巡回，冬季寒夜常有困难，水位越限无线传输报警装置有利于及时发现险情。6.1.6 傍山渠道有时是半挖半填，即使挖方也比较单薄，故防渗必须
