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水电抗寒防冻技术措施

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水工建筑物的冰冻破坏及防治

来源:    发布时间:2008-02-01    点击量:

我国北方地区气候寒冷,冬季与水接触的建筑物常因冻胀作用而遭到破坏。如东北地区土坝上游护坡常因拔或冰推而破坏;砼坝的迎水面水位变化区常因冻融而破坏,表现为砼表面酥松剥落、强度降低;渠系建筑物的柱基甚至会被冻胀拔起。如不及时进行修补,则会影响建筑物的安全运行。

1.冰冻对混凝土建筑物的破坏

混凝土建筑物常发生冻融破坏,表现为表面酥松,层状脱落,强度降低,影响建筑物的使用。如我国丰满大坝溢流面表层15era厚混凝土面有许多条带疏松层状脱落,影响大坝使用。

混凝土建筑物所以发生冻融破坏,是由于混凝土内部存在渗水孔隙,孔隙中又有水,这些水结冰时体积膨胀9%,产生膨胀压力,作用在孔隙或毛细管壁上,同时,混凝土在冻结过程中,还可能出现过冷水在孔隙中迁移,在混凝土中产生渗透压力,也作用在管壁上,这两种压力在混凝土冻结过程中出现,在融化过程中消失,如此周期性的作用,会使孔隙壁产生微裂缝,并逐渐扩展增多,强度降低,混凝土表面开始剥落甚至整体破坏。

2.冰冻对水工建筑物的破坏形式水工建筑物根据破坏原因不同,通常可分为冰推破坏、冰拔破坏和动冰撞破坏三种:

21冰推破坏

在水位变化不大的条件下,冰层膨胀产生的静冰压力将土坝的护坡推起造成的破坏。在我国东北、西北较寒冷地区的多数水库,都不同程度地存在这种现象。冰推破坏与坝坡土的冻胀压力大小、护坡的结构形式有关。当坝坡抗冰推强度小于冰层与坝坡问的冰推力时,护坡即破坏。当坝坡的抗冰推强度大于坝坡与冰层间的动结力时,冻结面被剪开,冰层顺坡延伸,形成爬坡,此时护坡不会产生大面积的破坏。

冰推破坏形式有:

211结冰初期,护坡面板较薄且冰面以上护坡较短,护坡未和坝的土体冰结在一起时,冰推作用使护坡板沿垫层滑动。

212护坡板块不平整或护坡整体性差 (如块石护坡),冰推后会出现局部隆起。若为小块砼板,则沿水面附近几块砼板受冰推后,因受上部护坡阻挡而出现隆起架空。

213冰层厚,冰压力和冻结均较大时,护坡抗冰推能力较强,护坡和冻土一起沿冻融较界面整体上推,有时上部会出现隆起脱空现象。

22冰拨破坏

冰层和护坡破坏在一起,库水位上升时,护坡板()、齿墙等被拔起,旋转或松动。库水位下降时,因冰块与护坡冻结在~起,护坡受到向冰面下降的弯矩,故护坡板翘起,齿墙向库内倾斜。库水位下降愈快,冰拔现象愈严重,特别是当护坡板()尺寸很小时,表面粗糙或整体性差的预制板、块石护坡等,其冰拔破坏更为严重。

23冻冰冲击破坏

主要发生在初春解冻时,库内冻裂成块,在风力与水力作用下向坝坡涌进,大量冰块补推上坝坡甚至超过坝顶,导致坝坡及防浪墙被冲击破坏。

3.水工建筑物冰害的防治

水工建筑物受冰害的主要部位有护坡、溢洪道闸门、输水、泄水建筑物的进水口闸门、拦栅及支架,以及进口两侧的导墙等。除在结构上采取防冻加强措施外,对已建工程可以采用其它必要的防冰冻措施。通过几年的工作,积累总结以下防治措施:

31防止建筑物周边结冰的措施

311挠动水面防冻法

主要方法有压力充气法,压力充水法,调节水位法及加热法等。

压力充气法,是通过压缩空气使表层和下层强制对流,防止建筑物前的水冻结。

压力充水法,是用潜水泵把库内温度较高的水抽上来,用管道上穿有小孔布设在建筑物周边进行喷射,挠动和加热建筑物周边水体防止结冰。

调节水位法,是使库水位上升速度每昼夜大于45era时,可以防止结冰。

312加热防冻法:有热风法、电热法和热水法

热风法,是通过喷风管上的大量小孔,将热风送到加热部位,适用于闸门槽侧边、底部和背面。此法防冻效果好,维修容易,但设备费用高,用电量大。

电热法,是用电热管等电红加热器,直接或部接使物体加热,优点是设备简单,加热效果好,适用于闸槽侧壁和底部,但易断红。外露时易损坏。

热水法,是用管道将热水()通至需要防冻部位,需要锅炉及较长保温管道、热量损失大,费用较高。

32在结构及管理上采用防护措施

在冰冻地区的护坡,应有足够的重量,砌筑整体性要好,且应有较好的表面平整度。通常,用混凝土板或石料较好,在选料时应选抗冻性强的石料。施工时石料应相互咬紧。护坡厚度及块径大小应由抗冻计算确定或参考当地成功的经验。混凝土板块的整体性差和重量较轻,厚度大小由冰情及风浪条件确定,在寒冷地区一般应大于2O cm

33合理确定建筑物的位置和布置取水结构物进水塔应避免设在离坝较远的水库中,并以竖井式结构为好,否则应尽量贴近坝坡,加强结构刚度。泄洪闸的位置尽量后移,使闸前有一定长度的引渠或喇叭口段。水库建筑物的防冰防冻害问题有许多地区和单位都在进行探索,随着工程管理工作的深入,将会有更多更好的经验得到运用和推广。