淺析水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)

【摘 要】水工建筑顧名思義是指那些為了儲(chǔ)備水資源，預(yù)防水澇災(zāi)害而建成的建筑物。由于水工建筑長(zhǎng)期接觸到水的特殊因素，在零度以下時(shí)，水變成了冰，就不得不考慮到建筑抗凍的能力了。在水工建筑過程中，若能夠提高鋼筋混凝土對(duì)冰凍條件的耐受力及施工技術(shù)水平，那么對(duì)于水工建筑方向的研究將會(huì)起到重要的作用，并且將減輕國(guó)家水工建筑經(jīng)費(fèi)的負(fù)擔(dān)，利國(guó)利民。

【關(guān)鍵詞】水工建筑物；抗凍；混凝土

0.前言

以我國(guó)北方地區(qū)為例，一年四季，冷熱交替。所以由冬季到春季的過渡階段冰融現(xiàn)象十分常見。由于冰雪經(jīng)一個(gè)冬天都會(huì)覆蓋水工混凝土建筑物表面，當(dāng)其融化成水時(shí)會(huì)滲透到建筑物表層的混凝土中。長(zhǎng)此以往會(huì)使混凝土表面松懈，俗稱“往下掉渣”，極大的影響了混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，嚴(yán)重的會(huì)使水工建筑物大面積損壞甚至崩塌。所以根據(jù)相應(yīng)的抗凍保護(hù)措施對(duì)水工建筑物加強(qiáng)管理，若是能夠防止混凝土力學(xué)強(qiáng)度降低是最好不過的。

1.充分了解水工建筑的外部影響因素

1.1注意溫度對(duì)水工建筑的影響

混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件有所不同，溫度外低內(nèi)高，形成溫差梯度?；炷羶?nèi)部的溫度控制由內(nèi)部埋設(shè)熱電耦測(cè)溫，掌握混凝土內(nèi)部的溫升變化及內(nèi)部最高溫度的發(fā)生時(shí)間，通過蓄熱保溫使混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)?；炷镣獠恐苯优c空氣接觸，其外部溫度即為天氣氣溫。只有了解了水工建筑物凍結(jié)期內(nèi)的天氣氣溫的變化情況，才能更好的分析其對(duì)建筑的影響。其中包括年平均氣溫，最冷月平均氣溫，日平均最低氣溫，結(jié)冰期天氣升溫的變化情況。溫度對(duì)水工建筑的影響是十分重要的，應(yīng)該引起研究人員的重視。

1.2注意凍脹土對(duì)水工建筑的影響

了解凍結(jié)期及凍結(jié)前土的物理力學(xué)特性，土的類型；凍結(jié)前土的含水量，土的極限摩阻力；凍結(jié)期凍土的熱學(xué)參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)凍深，設(shè)計(jì)凍深基礎(chǔ)下土的凍深，地表凍脹土及土的凍脹性級(jí)別。所謂的凍脹土一般指的都是季節(jié)性凍脹土，而土層發(fā)生凍脹的原因歸結(jié)起來是在寒冷的季節(jié)，當(dāng)?shù)氐乃畷?huì)凍結(jié)成冰而使自身的體積發(fā)生膨脹，在水凍結(jié)的過程中也加速了當(dāng)?shù)氐耐翆影l(fā)生凍結(jié)，并且使得凍結(jié)土層的含水量越來越多，土地凍結(jié)的面積也越來越大。不同土體類型的凍脹程度是不同的，例如，一般來說，細(xì)粒土的凍脹程度是比較嚴(yán)重的，而粘土、粉質(zhì)亞粘土、粉質(zhì)亞砂土以及含較多細(xì)顆粒的土體使得凍脹時(shí)吸收的水分更加的多，結(jié)果導(dǎo)致這幾類土體的凍脹量是最大的。當(dāng)凍脹量增大時(shí)，可想而知，地基變形會(huì)直接導(dǎo)致上層建筑的不穩(wěn)定或破壞。所以研究?jī)雒浲潦菍?duì)水工建筑極為重要的方向之一。

1.3注意水工建筑與投入使用時(shí)的運(yùn)營(yíng)情況

在混凝土施工過程中，必須根據(jù)情況的不同，選擇含有礦物成份不同與性能不同的外加劑、骨料、水泥。從材料方面來保證混凝土耐久性能，打好混凝土凍脹性破壞的預(yù)防工作，之后如果發(fā)生了混凝土的凍脹性破壞也要做好處理的準(zhǔn)備。防止水工建筑周圍結(jié)冰是保護(hù)水工建筑最直接的方法之一，主要措施有撓動(dòng)水面防凍法和加熱防凍法。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是直接有效，但是缺點(diǎn)則是耗費(fèi)大量的資源。為了提高水工建筑物的穩(wěn)定安全系數(shù)，強(qiáng)度安全系數(shù)，保證建筑物在正常的允許變形量范圍內(nèi)。監(jiān)管部門要使水下結(jié)構(gòu)和構(gòu)件及混凝土抗凍等級(jí)及抗凍混凝土等級(jí)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)實(shí)中存在水利部門對(duì)水工建筑出現(xiàn)的凍脹破壞現(xiàn)象重視不足，管理松懈的情況，并且對(duì)水工建筑的養(yǎng)護(hù)和維修沒有及時(shí)進(jìn)行的現(xiàn)象。為了保證水工建筑的質(zhì)量，需要水利相關(guān)部門加強(qiáng)管理工作，提高對(duì)水工建筑的養(yǎng)護(hù)。防止水工建筑因混凝土凍脹性被破壞 對(duì)于混凝土的凍脹性要做到事先預(yù)防、事中治理。

2.準(zhǔn)確預(yù)計(jì)水工建筑物抗凍性能

2.1采取多次實(shí)驗(yàn)分析混凝土抗凍融性能

在混凝土施工進(jìn)程中摻加減水劑或者是引氣劑可以讓混凝土的內(nèi)部結(jié)發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)混凝土凍脹的作用產(chǎn)生改變。這種一般都用來提高混凝土的抗凍性，以便大大降低混凝土的凍脹應(yīng)力?，F(xiàn)經(jīng)試驗(yàn)證明，在混合骨料混凝土凍融25次后，浮石吸水增加的質(zhì)量大于混凝土由于凍融作用減少的質(zhì)量，混凝土的質(zhì)量損失為負(fù)值。在相同的凍融次數(shù)下，隨著輕骨料的含量減少質(zhì)量損失逐漸增大。同樣實(shí)驗(yàn)情況下，采用碎石粉末凍融循環(huán)25次后強(qiáng)度損失增加幅度明顯上升，曲線出現(xiàn)折點(diǎn)表示該種未添加混合骨料的混凝土強(qiáng)度損失較大，這說明輕骨料對(duì)混凝土凍融現(xiàn)象有所抑制。此外，在混凝土的施工時(shí)要注意施工工藝的選擇與土層凍脹性的關(guān)系，配合比、硬化條件、混凝土的施工等都會(huì)與凍脹性的影響產(chǎn)生關(guān)系。

2.2了解冰凍期和非冰凍期水工建筑物的荷載能力

抗冰凍設(shè)計(jì)的荷載是指在凍結(jié)期內(nèi)作用在建筑物上的荷載。荷載使建筑物產(chǎn)生的內(nèi)力、變形稱為荷載效應(yīng)。它包括正常荷載和冰凍荷載，均為基本設(shè)計(jì)荷載。正常荷載是指建筑物結(jié)構(gòu)，其上部填料，永久設(shè)備自重和冰層下水壓力，揚(yáng)壓力，泥沙壓力，暖土壓力；冰凍荷載是指切向凍脹力，法向凍脹力，水平向凍脹力，凍脹反力和冰壓力。在非冰凍期還包括滲透水荷載。滲透水荷載：滲入建筑物和地基中的水在流動(dòng)過程中對(duì)建筑物的作用，有水流滲過的物體，處處受到滲流靜水壓力和動(dòng)水壓力的作用。在冰凍時(shí)期主要包括冰壓力，冰壓力的作用對(duì)于低壩、閘墩、胸墻及閘門等結(jié)構(gòu)影響很大。

2.3估計(jì)水工建筑物不同結(jié)構(gòu)的荷載能力

考慮水工建筑物不同結(jié)構(gòu)的荷載能力的特點(diǎn)分述如下：以樁，柱，墩為基礎(chǔ)的橋渡建筑物，荷載有自貢及上部結(jié)構(gòu)重力，切向凍脹力，暖土摩檫阻力。當(dāng)?shù)撞繛閿U(kuò)大式基礎(chǔ)時(shí)還應(yīng)計(jì)入凍脹反力。除此之外，還有斜坡建筑。對(duì)于斜坡上的樁，柱，墩基礎(chǔ)，應(yīng)同時(shí)考慮水平凍脹力對(duì)樁，柱，墩的水平推力和切向凍脹力的作用。對(duì)于水工建筑物復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而言，還需考慮到荷載組合問題。正常運(yùn)用情況下的基本荷載組合，要求在各種可能的基本荷載組合作用下，建筑物保持正常功能，另一類為非常運(yùn)用情況下的特殊荷載組合，在遭遇到特殊荷載組合作用時(shí)，建筑物即使不能發(fā)揮效用，也應(yīng)控制建筑物損害限度。

3.科學(xué)確定水工建筑物施工結(jié)構(gòu)布局

3.1根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砦恢么_定水工建筑物方位

當(dāng)滿足了溫度，土地，施工環(huán)境等等這些條件外，設(shè)計(jì)者對(duì)于當(dāng)?shù)氐牡乩砬闆r對(duì)水工建筑的抗凍能力作以統(tǒng)計(jì)。設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮到建筑物所在的經(jīng)緯度及當(dāng)天氣或季節(jié)變化時(shí)氣候的特征。地理位置的選擇就顯得尤為重要，地理與土地相關(guān)聯(lián)就應(yīng)考慮凍土凍脹級(jí)別，應(yīng)該如何去消弱凍脹情況等。地理位置也和水資源密不可分，例如，地下水的水位，流水量，水速和結(jié)冰后的膨脹率等等，諸如此類都需要仔細(xì)斟酌。其中最為重要的是凍脹性較弱的地方應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注冰清和冰壓力的情況。所以選擇施工條件合適的地理方位是施工的先決條件，應(yīng)考慮許多的因素。

3.2考慮多種因素設(shè)計(jì)水工建筑物結(jié)構(gòu)

在建造水工建筑物時(shí)外部結(jié)構(gòu)是最易引起人關(guān)注的，因?yàn)槿藗冏钪苯拥谋闶菑耐獠咳フ務(wù)摬⑶以u(píng)價(jià)一個(gè)建筑。水工建筑的外部構(gòu)造應(yīng)兼具實(shí)用和美觀的性能。雖然建筑的外部結(jié)構(gòu)容易被人們所議論，但是最主要的還是建筑內(nèi)部的穩(wěn)定性能。建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)按常規(guī)設(shè)置和抗冰凍要求進(jìn)行工程布置和結(jié)構(gòu)型式的選擇?？紤]的因素主要從以下方面考慮進(jìn)行工程布置：應(yīng)滿足常規(guī)設(shè)計(jì)的水流，防滲，穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，地基穩(wěn)定和構(gòu)造要求等。

4.結(jié)語

水工建筑物與我們的生活息息相關(guān)。雖然，平日只是感覺水工建筑是那樣的龐大，與我們?nèi)粘Ｉ钣窒嗑嗌踹h(yuǎn)。但是，如今靜下來想一想：每天喝的水，用的電。當(dāng)下暴雨時(shí)，為何自己生活的地方可以安然無恙，為何炎炎烈日下還會(huì)有新鮮的蔬菜和水果。這一切，看似平淡無奇的事情，卻都多虧了有水工建筑物的保護(hù)與祖國(guó)的大力投入，高瞻遠(yuǎn)矚。

【參考文獻(xiàn)】

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