dlt5082—1998水工建筑物抗冰设计规范

'中华人民共和国电力行业标准PDL/T5082—1998 水工建筑物抗冰设计规范DesignspecificationsofhydraulicstructuresAgainsticeandfreezingaction 主编部门：东北勘测设计研究院批准部门：中华人民共和国电力工业部批准文号：电综[1998]167号  前言本规范是根据原能源部、水利部水利水电规划设计总院(90)水设便字第45号文下达的任务安排制定的。其编号格式和规则均按DL/T600—1996《电力标准编写的基本规定》执行。我国北方地区的水工建筑物，在冬季运行过程中均存在冰、冻融、地基土冻胀作用的问题，使不少工程结构发生不同程度的破坏，即使是温和地区的水工建筑物也存在混凝土的冻融破坏问题，而目前又无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系列中的一项重要内容，其目的在于更合理地做出水工建筑物的抗冰冻设计，保证其安全运行和应有的工程寿命。在本规范颁布后，水工建筑物设计中有关抗冰冻设计部分应按本规范执行。本规范由原能源部、水利部水利水电规划设计总院(现电力工业部水电水利规划设计管理局)提出、归口并负责解释。本规范的起草单位为东北勘测设计研究院(主编单位)，新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，黑龙江省水利科学研究所，西北水利科学研究所。本规范的主要起草人为徐伯孟、蔡为武、王建国、铁汉、李安国、于生清、朱瑞森、那文杰、吕承东。本规范的附录均为标准的附录。1范围本规范适用于受冰和冻融、冻胀作用的新建或改建的水工建筑物设计。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB8076—87混凝土外加剂GB50199—94水利水电工程结构可靠度设计统一标准GBJ7—89建筑地基础设计规范DL/T5057—1996水工混凝土结构设计规范SD105—82水工混凝土试验规程SDJ214—83水利水电工程水文计算规范SG232—81聚苯乙烯泡沫塑料板 3总则3.0.1为了防止水工建筑物在冰、冻融和冻胀作用下遭受破坏，做好水工建筑物的抗冰冻设计，特制定本规范。3.0.2水工建筑物抗冰冻设计应贯彻下列基本原则：1)因地制宜，安全可靠，经济合理和实用美观；2)充分掌握建筑物所在地的自然条件、建筑物施工和运行条件等基本资料；3) 根据冰冻作用的因素、危害程度、建筑物的规模及其型式，确定抗冰冻设计方案，并提出对施工工艺和运行方面的要求；4)从选址选线、工程布置、结构形式和材料性能上采取抗冰冻作用的工程措施，必要时可考虑其它辅助性技术措施；5)在不断总结实践经验和科学实验的基础上，结合具体工程采用抗冰冻作用的先进技术。3.0.3受冰、冻融和冻胀作用的水工建筑物设计，应遵照现行水工建筑物有关的国家、行业技术标准的规定，有关抗冰冻设计部分应按本规范执行。4基本资料4.0.1水工建筑物抗冰冻设计，应根据需要取得工程地点的气象、冰情、工程地质和冻土基本资料。4.0.2气象资料主要为年平均气温、最冷月平均气温、日平均最低气温、负气温指数、冬季风向和风速。应采用条件相似的邻近气象台(站)的资料，其统计年限不得少于10年。4.0.3根据最冷月平均气温确定气候分区。分区标准宜取：1)严寒：最冷月平均气温ta＜-10℃；2)寒冷：最冷月平均气温-10℃≤ta≤-3℃；3)温和：最冷月平均气温ta＞-3℃。4.0.4负气温指数应取冬季日平均负气温值的累积值(℃·d)。4.0.5冰情资料主要为封冰(冻)日期、解冰(冻)日期、流冰历时、冰厚、冰块尺寸、冰流量、流冰总量、流冰种类及性质、武开江概率。这些资料应根据当地或冰情相似河流的观测资料确定，无实测资料时，可通过实地调查或查附录A确定。4.0.6地质资料主要为工程地点地基土的种类、颗粒成分、密度、天然含水率、冻前地下水位。前四种资料宜通过试验确定，冻前地下水位可通过观测或调查确定。4.0.7根据地基土的粒径组成可按下述判别标准划分为冻胀性土和非冻胀性土：1)在季节冻融层内，土中粒径小于0.05mm的土粒按重量比等于或小于总土重6%的土为“非冻胀性土”；2)土中粒径小于0.05mm的土粒含量按重量比大于总土重6%的土为“冻胀性土”。4.0.8冻土资料主要为标准冻深、地表冻胀量及其分级，应分别按下列方法确定：1)标准冻深Zk(cm)宜直接采用邻近工程地点气温条件相近的气象台(站)观测系列不短于10年(对于渠道衬砌设计不宜短于20年)的历年最大冻深平均值。无此条件时，可查图4.0.8确定。 图4.0.8标准冻深等值线图(单位：cm)根据建筑物等级、工程地点的土质、地下水位、遮阴条件，可按附录B由标准冻深计算工程地点自天然地面或地基开挖面起算的设计冻深、自基础外露表面算起的基础设计冻深和自基础底面算起的基础下地基(土)冻深。2)地表冻胀量Δh(mm)是指工程地点天然土层年度冻结期内发生冻胀后的地表与初始地表在法线方向上的最大高差值，应通过现场实测确定，无实测资料时可按附录C计算。3)根据冻胀量的大小，可将土的冻胀性分为表4.0.8的五级。表4.0.8土的冻胀性级别mm冻胀性级别ⅠⅡⅢⅣⅤΔhΔh≤2020<Δh≤5050<Δh≤120120<Δh≤220Δh>220 5冰冻荷载5.0.1作用在水工建筑物上的冰冻荷载(冰压力和土的冻胀力)为基本设计荷载。5.0.2冰压力分为静冰压力和动冰压力，其标准值可按附录D确定。5.0.3土的冻胀力分为切向冻胀力、水平冻胀力和竖向冻胀力。其单位力的标准值可根据冻胀量按下列各款确定。1)单位切向冻胀力标准值τt(kPa)系指表面平整的混凝土桩、墩基础无竖向位移的条件下，相邻土冻胀时沿基础侧表面单位面积产生的向上作用力，可按表5.0.3-1取值。表5.0.3-1单位切向冻胀力标准值地表土冻胀量Δh(mm)2050120220＞220τt204080110111～150 (kPa)注：表中数值可内插。2)最大单位水平冻胀力标准值σht(kPa)系指迎土面铅直的挡土结构(墙)在无水平位移条件下，墙后土冻胀时沿墙高在水平方向上对墙体产生的最大单位冻胀力，可按表5.0.3-2取值。表5.0.3-2最大单位水平冻胀力标准值墙后计算点土冻胀量Δh(mm)2050120220＞220σht(kPa)305090120121～170注：表中数值可内插。3)单位竖向冻胀力标准值σv(kPa)系指在基础无竖向位移条件下，地基土冻胀时竖直作用在基础单位底面积向上的作用力，可按表5.0.3-3取值。表5.0.3-3单位竖向冻胀力标准值σvkPa单块基础板面积（m2)51050地基土地表冻胀量Δh(mm)2010060505015010080120210150120220280210170>220281～360211～280171～230注：1.表中数值可内插；2.本表不适用于单块基础板边长小于2.0m和长宽比大于5的基础。5.0.4桩、墩基础设计宜取切向冻胀力与其它非冰冻荷载的组合，但斜坡上的桩、墩基础应同时考虑水平冻胀力对桩、墩的水平推力和切向上拔力的作用。5.0.5挡土墙设计应取水平冻胀力与其它非冰冻荷载的组合，但土压力与水平冻胀力不叠加。设计时取其中的不利组合。5.0.6两侧填土的矩型结构设计应取侧墙的水平冻胀力和作用于底板底面的竖向冻胀力与其它非冰冻荷载的组合。5.0.7板式基础结构应取竖向冻胀力和切向冻胀力与其它非冰冻荷载的组合。5.0.8静冰压力和动冰压力应分别在冰冻期和流冰期单独考虑，并单独与其它非冰冻荷载进行组合。5.0.9静冰压力参加荷载组合时，冰压力应从冰冻期可能的最高水位算起，并扣除冰层厚度范围内的水压力。 6材料 6.1混凝土6.1.1混凝土的抗冻等级分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级，应按SD105—82规定的快冻试验方法确定。6.1.2各类水工结构和构件的混凝土抗冻等级应根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和程度、构件重要性和检修条件按表6.1.2选定。在不利因素较多时，可选用提高一级的抗冻等级。气象分区严寒寒冷温和年冻融循环次数≥100＜100≥100＜100—1.受冻严重而且难于检修部位F300F300F300F200F100 1)水电站尾水部位，蓄能电站进出口冬季水位变化区的构件、闸门槽二期混凝土、轨道基础；2)坝厚小于混凝土最大冻深2倍的薄拱坝、不封闭支墩坝的外露面、面板堆石坝的面板和趾座；3)冬季通航或受电站尾水位影响的不通航船闸的水位变化区的构件、二期混凝土；4)流速大于25m/s、过冰、多沙或多推移质过坝的溢流坝、深孔或其它输水部位的过水面及二期混凝土；5)冬季有水的露天钢筋混凝土压力水管、渡槽、薄壁充水闸门井。2.受冻严重但有检修条件部位1)混凝土坝上游面冬季水位变化区；2)水电站或船闸的尾水渠、引航道的挡墙、护坡；3)流速小于25m/s的溢洪道、输水洞(孔)、引水系统的过水面；4)易积雪、结霜或饱和的路面、平台栏杆、挑檐、墙、板、梁、柱、墩、廊道或竖井的单薄墙壁。F300F200F200F150F503.受冻较重部位1)混凝土坝外露阴面部位；2)冬季有水或易长期积雪结冰的渠系建筑物。F200F200F150F150F504.受冻较轻部位1)混凝土坝外露阳面部位；2)冬季无水干燥的渠系建筑物；3)水下薄壁杆件；4)水下流速大于25m/s的过水面。F200F150F100F100F505.水下、土中、大体积内部混凝土F50F50———注：1.年融循环次数分别按一年内气温从+3℃以上降至-3℃以下，然后回升到+3℃以上的交替次数和一年中日平均气温低于-3℃期间设计预定水位的涨落次数统计，并取其中的大值；2.冬季水位变化区指运行期内可能遇到的冬季最低水位以下0.5m~1.0m，冬季最高水位以上1.0m(阳面)、2.0m(阴面)、4.0m(水电站尾水区)；3.阳面指冬季大多为晴天，平均每天有4h以上阳光照射，不受山体或建筑物遮挡的表面，否则均按阴面考虑；4.最冷月平均气温低于-25℃地区的混凝土抗冻等级宜根据具体情况研究确定。6.1.3大体积混凝土分区采用不同抗冻等级时，其分区厚度可根据计入太阳辐射作用的热学计算，或根据类似建筑物运行资料确定的负温区再加0.5m，温和地区分区厚度不得小于0.5m。6.1.4抗冻混凝土必须使用有引气作用的外加剂，其质量应符合国家标准GB8076—87《混凝土外加剂》的规定。6.1.5大中型工程抗冻混凝土的材料和配比均应通过试验确定。小型工程抗冻混凝土的配比，宜根据混凝土抗冻等级和所用的最大骨料粒径分别按表6.1.5-1和表6.1.5-2选用含气量和水灰比。表6.1.5-1小型工程抗冻混凝土含气量要求混凝土抗冻等级≥F200≤F150最大骨料粒径20mm(6±1)%(5±1)%最大骨料粒径40mm(5.5±1)%(4.5±1)%最大骨料粒径80mm(4.5±1)%(3.5±1)% 最大骨料粒径150mm(4±1)%(3±1)%注：如含气量试样须经湿筛时，按湿筛后最大骨料粒径取用相应的含气量。 表6.1.5-2小型工程抗冻混凝土水灰比要求等级F300F200F150F100F50水灰比＜0.45＜0.50＜0.52＜0.55＜0.586.1.6大型工程的抗冻混凝土，应特别注意其原材料的稳定性。现场质量控制应以含气量为主要指标。最终评定的混凝土的抗冻性应以快冻试件测定的成果为准。取样组数应为：大体积混凝土每2000m3～5000m3取一组；非大体积混凝土每500m3～1000m3取一组或每类构件取3组。素混凝土的抗冻试件合格率不应低于80%，钢筋混凝土的抗冻试件合格率不应低于90%。6.1.7抗冻混凝土应防止早期受冻。冬季施工时，应根据具体情况采取保温措施。6.1.8对于大型工程，混凝土受冻前的强度应满足下列要求：1)受冻期无外来水分时，大体积混凝土不应低于5.0MPa(≤F150的混凝土)或7.0MPa(≥F200的混凝土)；钢筋混凝土不应低于设计强度等级的85%；2)受冻期可能有外来水分时，大体积混凝土和钢筋混凝土均不应低于设计强度等级的85%。6.1.9溢流面、底孔、尾水闸墩、尾水墙和大型水闸的墙、墩等受冻严重而又有抗冲抗磨要求的部位，钢筋净保护层的厚度严寒地区不应小于100mm，寒冷地区不应小于80mm。钢筋净间距不宜小于钢筋直径的3倍。有海水、盐雾、污水和硫酸盐等侵蚀作用的梁、板、柱、墙、墩的净保护层厚度还应增加10mm~20mm。6.1.10严寒地区的大中型工程，包括施工期易受冻胀开裂部位，无结构钢筋时，宜在外露侧面设置钢筋网或在外露侧面的水平施工缝设置竖向插筋。其配筋量每米不应少于5cm2。6.1.11混凝土水工建筑物抗冰冻设计中，应从下列几方面采取抗冰冻措施：1)防止结构遭受冰冻作用，如埋于水下或土中，孔洞封闭，减少外露面等。2)防止混凝土饱和，如改善排水，防止积雪结冰，避免易受积雪剥蚀的挑檐和凸出线条，将平台和墙、柱、墩的顶部作成排水坡，使构件通风、向阳、远离潮湿空气。3)有外观要求时，应充分利用建筑物体形、尺度和混凝土外表质感，并提高对模板和浇筑质量的要求。不宜在外露面再加抹灰装修层。 6.2接缝止水6.2.1土基上的水工建筑物应根据地基沉陷和冻胀变形条件设置变形缝，划分为几个独立的结构。平面尺寸不大时宜作成整体结构。6.2.2土基上水工建筑物的变形缝应能适应温度伸缩、沉陷和冻胀三种三向变形，并具有相应的缝宽。缝的构造应能防止渗水、冻融破坏和缝后反滤料或土的流失。6.2.3承受水压的接缝止水应采用止水片。承受很小水压的防渗接缝可采用嵌缝材料。缝内应有填充材料，必要时应设排水。6.2.4接缝构造应便于施工和质量检查，容易损坏的止水宜设置在外露面。6.2.5止水片宜用耐低温、抗老化和具有较大延伸率的橡胶或合成橡胶类材料制成。深埋于混凝土中或水下，变形又不大时，可使用厚0.6mm～0.8mm的退火紫铜片，亦可使用塑料止水片。其材料性能应符合表6.2.5-1、表6.2.5-2和设计的要求。止水片形式宜为Ω型，不宜采用中间圆管形。表6.2.5-1聚氯乙烯塑料止水片化学力学性能项目耐碱性耐盐性增塑剂损耗强度变化率延伸变化率重量变化率强度变化率延伸变化率重量变化率挥发变化率强度变化率延伸变化率试验方法NaOH5g/L+KOH5g/LJISK-6773NaCl35g/LJIS-K-6773(25±1)℃336hASTMD1202方法A (70±1)℃168h单位%%%%%%%%%标准＜±20＜±20＜±5＜±10＜±10＜±2＜0.5＜10＜10 表6.2.5-2聚氯乙烯塑料止水片物理力学性能项目拉伸强度断裂延伸率硬度脆性温度吸水率试验方法ASTMD638 ASTMD2240ASTMD746ASTMD570单位MPa%邵氏A℃%标准＞14＞300＞70＜-40＜0.16.2.6止水片的安装、浇筑保护设施应有专门施工详图。6.2.7护面板的防渗嵌缝材料宜设于缝高的中部，不应充满缝的全高。迎土侧可充填水泥砂浆、木板、沥青油毡、矿渣、岩棉等材料。 6.3保温材料6.3.1水工建筑物的保温宜尽量利用水、土石料或其它易得而耐久的当地材料。6.3.2严寒地区外露的调压塔、水槽、闸门井、水管和渡槽等冬季内部充水的结构，宜采用泡沫混凝土砌块、水泥(或沥青)泡沫珍珠岩砂浆、泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨脂等材料保温。保温层外面宜增设具有防水性能的保护层。6.3.3采用聚苯乙烯泡沫塑料板作保温材料时，其原材料性能应符合表6.3.3的规定。表6.3.3聚苯乙烯泡沫塑料板物理力学性能密度(kg/m3)吸水性 (g/m2)压缩强度(压缩50%)(kPa)弯曲强度(kPa)尺寸稳定性-40℃～+70℃(%)导热系数〔Ｗ／（m·℃）〕≤20＜80≥150≥180±0.5≤0.0420～35≥200≥220 7堤坝 7.1一般规定7.1.1坝顶超高应按常规设计和抗冰要求计算，并取两种计算超高的较大值。7.1.2抗冰设计超高应按下列情况计算：1)流冰期库水位低于正常蓄水位，能调蓄凌汛流量而不超过正常蓄水位的水库，其坝顶超高可按常规设计。2)流冰期按正常蓄水位运行的水库，其正常蓄水位以上的蓄冰库容不宜小于年流冰总量的1/3～1/2。并自蓄冰最高水位以上按常规计算超高。3)无蓄冰库容需要泄冰的水库，混凝土坝和浆砌石坝的挡水坝段和土石坝岸边溢洪道(溢流坝段)相邻翼墙(翼坝)的超高不宜小于开始流冰时库水位以上1.5倍～2.0倍库内最大冰厚。4)当坝上游武开江的年份较多时，不论泄冰与否，上述超高还应根据冰情估计的准确性、泄冰能力和采取措施的可靠性、以及冰灾后果等因素，加大到3倍～4倍(混凝土坝和浆砌石坝)和3倍～6倍(土坝)库内最大冰厚。上述各项的超高应只算至坝顶，不得算至防浪墙顶。7.1.3水库上游河道、水库末端或坝址附近河段易形成冰坝、冰塞或冰洪时，抗冰设计应专门研究。7.1.4根据建坝后的冰情条件，宜按附录D计算冰压力对大坝的作用。7.1.5坝体观测设施应防止结霜、冰冻或冻胀的影响。变形观测基点和测点应采用深锚筋与下部基岩或混凝土联结。严寒地区变形观测成果分析时，应考虑有无上述影响。 7.2混凝土坝与浆砌石坝7.2.1岩基上的低坝在冰推力作用下的抗滑稳定计算，应考虑混凝土与基岩粘着力，其取值宜根据具体情况考虑冻融导致抗剪强度降低的影响。7.2.2为防止坝顶积雪积水，坝顶栏杆(至少是下游侧栏杆)宜采用不致挡风遮阳和积水的稀疏栏杆。7.2.3坝顶路面宜采用黑色路面。混凝土路面宜与下层大体积混凝土整体浇筑。7.2.4坝体廊道、电梯(转梯)井均应设置密闭保温弹簧门。温和和寒冷地区可设单层门，严寒地区宜设置双重门，并防止其结冰、积雪、结霜。7.2.5暴露于大气的人行通道、桥梁、阶梯等均应防止积雪或结冰。经常使用的通道、桥梁、阶梯和廊道出口不宜设在易积雪结冰的阴面的岸坡与坝面交接低处。7.2.6坝体闸门井与各种内部充水井、管，均应作好内部防渗和防冻。井口不宜敞露于大气中。直径较小的管道和壁宜用钢管或钢衬。闸门井内壁宜采用防渗涂料或护面。严寒地区的廊道、电梯(转梯)井的壁过于单薄时，宜在内壁涂汽密性油漆。7.2.7坝基应防止受冻。施工期有可能受冻时，应采取保温措施。运行期有可能受冻时，可在坝脚堆土石保温。7.2.8带有周边缝的薄拱坝应防止周边缝冻结。7.2.9支墩坝和空腹坝的坝腔宜作封闭保温，外露的接缝应防止漏水结冰。7.2.10碾压混凝土坝应作好上游防渗、分缝和内部排水，防止下游面渗水冻胀现象。严寒地区内部排水宜采用从坝顶或上层廊道向下层廊道钻设排水孔的方式。7.2.11浆砌石坝应作好防渗、分缝和内部排水，下游渗水出逸点应堆土石保温。上下游面宜用粗方石或条石砌筑。严寒地区宜采用上游浇筑式钢筋混凝土护面等防渗方式。7.3土石坝和堤防7.3.1寒冷和严寒地区土石坝的土心墙、斜墙和防渗铺盖应防止运行和施工期冻结。采取覆土防冻时，覆土厚度应大于当地设计冻深。7.3.2粘性土质坝的上游坡应设非冻胀性土的防冻层。防冻层的厚度包括护面层和砂砾料垫层应根据工程规模，护面允许变形程度和当地冰冻条件按下列各款确定：1)标准冻深大于1.2m地区或水库冰厚大于0.6m~1.2m的一、二、三等工程，历年冬季最高水位以上2.0m至最低水位以下1.0m高程的坡长范围内，防冻层厚度宜等于或大于1.0倍设计冻深，最小应大于0.8倍设计冻深；2)四等工程和不属本条1)款所列条件的范围内的水上坝坡，防冻层厚度应大于0.6倍设计冻深；3)计算防冻层厚度时，取水(冰)面以上1.0m高度处的位置作为设计冻深的计算点。7.3.3土石坝护坡结构除按风浪计算外，还应根据冰压力大小和类似工程经验确定。在7.3.2第1)款规定的条件和范围内的主要坝段可选用下述一种或其他适宜的护坡结构，但库面开阔的大型平原水库的护坡结构应作专门研究。1)抛石(堆石)护坡。适宜于当地有丰富的良好石料且有机械化施工的条件。一、二级坝护坡层的水平宽度不宜小于3m，采用开采级配堆筑。其内侧可用装料时残余细石料作垫层，水平宽度不应小于1.0m。2)干砌石护坡。应采用良好块石，所用石料的最小边长宜大于300m~350mm，层厚宜大于350mm~400mm，砌筑缝隙不宜大于30mm。戈壁地区可采用大卵石砌筑。有条件时宜采用方石，其最短边长宜大于300mm，层厚宜大于250mm~300mm，砌筑缝隙不宜大于30mm。无大块石料时可采用钢筋混凝土菱形框格内砌块石护坡。混凝土强度和抗冻等级不宜低于C25F300。菱形框格的顺坡对角线长宜为3.0m~5.0m；另一对角线长度可小于此值。框格梁的断面尺寸宜为宽度300mm,高度400mm~500mm,并嵌入垫层内。3)混凝土砌块护坡。每边尺寸不宜小于350mm，厚度不宜小于300mm，砌筑缝隙不宜大于10mm。现浇混凝土板的边长宜大于3000mm，厚度宜大于200mm，混凝土等级宜为C30F300。4)土工织物模袋混凝土护坡。模袋可用机织产品或手工缝制。模袋混凝土平均厚度可取150mm~200mm，底部宜为平面。模袋内应充填小石混凝土，最大骨料粒径不宜大于40mm。混凝土等级宜为C25F300 。人工缝制模袋混凝土护坡应采用导管法浇筑，不得出现局部鼓包、蜂窝等缺陷，底部应平整，宜设置非织造土工织物作反滤层。冰推力较大时，模袋混凝土中宜顺坡加插钢筋。7.3.4土质防渗体与防浪墙、齿墙、翼墙联结面，应设置相应保温层，防止在运行期和施工期受冻。7.3.5各种护坡的坡脚应处于冬季可能最低水位以下一倍冰厚以下，否则，坡脚应有足够的抗冰推能力。7.3.6应使坝基和两岸坝肩地下水位低于设计冻深。下游排水、减压设施应防止冻结，使之冬季正常排水。坝体浸润线应低于设计冻深。均质土坝下游坡宜采用植草或灌木护坡。7.3.7设有防浪墙的土石坝，当冬季库水位高，水上部分坡长较短，冰层爬坡有可能推坏防浪墙时，应考虑加固防浪墙或设置防冰墩。防浪墙还应考虑水平冻胀力的作用。7.3.8严寒和寒冷地区的混凝土面板堆石坝，除应遵循常规设计要求外，还应满足下列要求：1)面板和趾座混凝土抗冻性能应满足6.1.2的规定；2)垫层料中，粒径小于0.1mm的细料不应超过5%；3)止水片在冬季最低气温下应具有符合设计要求的延伸率和三向变形能力；4)周边接缝不应冻结；5)板与坡顶垂直段的接缝应能抵抗冰推力。7.3.9在频繁发生冰凌壅塞的河段，应估计各种频率下的壅水位确定堤顶高程。7.3.10受流冰作用的堤岸护坡，应计及冰块撞击下护坡的稳定性。7.3.11堤防涵闸建筑物的抗冰冻设计应按第10章有关规定执行。7.4溢流坝与溢洪道7.4.1有泄冰要求时，宜采用无闸门且无闸墩的自由溢流堰。有交通要求或设置闸门时，应加大桥墩间距。7.4.2溢流坝排冰时，堰上水深宜大于流冰初期最大冰厚。设桥时，桥下应有足够净空。7.4.3溢流堰排冰时，冰块应能自由下泄且不致破坏下游设施。消能设计宜采用自由面流或远驱水跃方式。下游应有导墙、护岸等设施。泄冰条件较复杂时，大中型工程应做排冰整体水工模型试验。7.4.4泄冰设计中，应考虑下游河道封冻导致冰块壅塞的危害程度。必要时应规定疏通下游水道的措施。7.4.5溢洪道、泄洪洞孔宜采用钢筋混凝土结构。水电站冬季尾水区的导墙宜用混凝土或钢筋混凝土结构。大中型工程的浆砌石挡土墙的临水面宜有钢筋混凝土护面。7.4.6严寒地区大中型工程的泄水建筑物上下游冬季水位变化区的岸坡应防止冻融作用引起的崩坍或滑坡。7.4.7有泄冰要求时，闸墩、堰顶应较常规设计增加配筋。闸墩墩头宜取上游端为窄平面的锐角。钢筋保护层厚度不应小于200mm。混凝土强度等级不应低于C30。抗冻等级应符合6.1.2的规定。7.4.8溢洪道堰体基础有冻胀危险时，土基中的埋深不应小于按附录B计算的基础设计冻深；岩基中的埋深可小于设计冻深，但应设置排水设施和锚筋。计算堰体上游的设计冻深时应考虑由于检修或缺水使堰体可能暴露于大气中的不利情况。7.4.9岩基上的泄槽底板厚度不应小于0.4m。底板应设置纵、横结构缝，其纵横缝间距不宜大于9m。严寒地区大中型工程的底板应设锚筋和钢筋网。7.4.10岩基岸坡溢洪道下应有排水平洞、排水孔等可靠的地基排水设施。排水出口应防冻。除阳坡外不宜在底板下设排水沟(管)。7.4.11土基上的大型工程的泄槽底板厚度不宜小于0.6m。纵横缝间距宜为12m～16m。底板连同垫层的总厚度应满足不产生竖向冻胀位移的要求。7.4.12土基上溢洪道在满足防渗要求前提下，堰体、泄槽、消力池底板的垫层下应设置纵、横排水沟(管)系统。沟(管)周围应铺设反滤材料。排水出口应防止冻结。7.5泄洪洞与坝体泄水孔7.5.1坝体中孔、底孔应防止冷空气侵入而使孔身冻结或上游闸门因结冰不能开启。宜在下游端作封闭设施或使挑流坎顶高程高于孔顶高程，使出口淹没于水下。7.5.2封冻水库不宜采用框架式进水塔，宜采用封闭式井筒结构或其他刚度大的结构，并进行抗冰推结构计算。7.5.3工作闸门位于首部或中部的泄洪洞和坝身泄水孔，当闸后无压段长度小于50m时，应在该段四周和出口端下游面配置钢筋，形状突变部位的配筋还应加强。冬季宜在洞(孔)末端设保温门帘。7.5.4与洞脸岩体连接的岸塔式进水口两侧的边墙应与岩体锚接，并应能承受冰推力和冻胀的作用。 7.5.5斜坡式进水口的闸门轨道基础混凝土应用锚筋固定于岸坡岩基上。锚筋深度应超过基础设计冻深1.0m。 8取水与电站建筑物 8.1一般规定8.1.1本章适用于冬季有防冰和输冰要求的引水、输水工程和引水式水电站设计。8.1.2应充分收集和分析基本资料，根据当地冰情和自然条件，采用蓄冰、排冰、输冰、结冰盖等一种或综合防冰冻运行方式。8.1.3在枢纽总体布置、型式、体型设计中，应保证进水口的前缘水域水流平稳和不出现漩涡，尤其是贯通式漏斗漩涡。8.1.4输冰渠道宜少设弯道，避免深挖方、填方、傍山滑坡地段、断面突变和设置阻水建筑物。有条件的地区宜尽量采用明涵、暗渠、隧洞或埋管。8.1.5结冰盖运行的渠道，其渠顶超高，尤其是在渡槽或倒虹吸两端的超高应大于常规设计超高。必要时在适当部位应设置溢水堰或虹吸管，控制渠内水位不致漫渠。有条件时，长距离大型渠道宜设置水位越限无线传输报警装置。8.1.6傍山渠道临空侧的防渗必须充分可靠，并能防止冻胀的破坏作用。劈崖渠道的底板和临空侧挡墙宜为整体混凝土或钢筋混凝土结构。8.1.7取水枢纽应有排冰设施，防止引水渠形成冰盖后再有冰凌、冰块入渠。8.1.8前池必须设置防冰、排冰工程。8.1.9固定式导冰筏前部或后部应根据运行要求布置一定宽度的工作平台或工作交通桥。8.2取水口排冰8.2.1首部枢纽有排冰要求时，冬季闸前水深不宜小于3m。排冰闸过闸流速不宜小于1.2m/s。8.2.2无坝引水枢纽前面在弯道凹岸应设活动导凌(冰)筏。导冰筏宜布置两道。第一道可设在距取水口上游两倍水面宽处；第二道可设在上游一倍水面宽处。筏长应视实际情况而定，潜入水中的深度宜为1.5倍～2.0倍最大流冰厚度。筏与水流方向的夹角不应大于30°。8.2.3导凌(冰)筏和排冰闸前的衔接渠(河)段内的流速不得大于0.7m/s。8.2.4取水枢纽冬季排冰耗水量不应小于该河道日平均排冰量的4倍，并根据类似工程或试验确定。8.2.5有冰洪发生的河段的取水枢纽布置中，应设置防冰洪的工程措施。8.3明渠冬季输水8.3.1有输冰要求的渠道，其弯道半径宜大于10倍设计水面宽度。8.3.2输冰量过大时，宜充分利用沿渠线两侧和渠线通过的天然洼地修建人工蓄冰、滞冰池(塘)。其进口设计水位应比该处明渠设计水位低0.2m以上。8.3.3冻胀性土基地段的渠道抗冻胀设计应按第9章有关规定执行。8.3.4输冰渠道断面型式宜采用窄深式的弧形渠底的矩形、梯形断面。8.3.5渠道冬季输水可采取冰盖下明流、满流输水或无冰盖输水两种方式。8.3.6当满足下列条件时，宜采用结冰盖输水方式：1)有适宜的气温和渠道断面，能形成稳定冰盖；2)渠内水位能满足结冰盖后的渠道设计流量；3)结冰盖期间渠内水位和流量稳定。8.3.7冰盖下明流输水方式应按下列要求设计：1)按简支板和冰的允许抗弯强度确定满足冰盖稳定要求的冰盖厚度；2)冰面至渠顶的超高应比常规计算超高高出0.4m以上；3)冰盖底面与渠道水面之间的净空应控制在0.3m~0.5m；4)渠内设计流速应控制在0.5m/s~0.7m/s，不得大于0.7m/s；5)长渠道结冰盖输水时，应根据上述要求，进行分段壅水计算。 8.3.8冰盖下满流输水时，综合糙率可按下式计算：(8.3.8)其中a=χ2/χ1；式中：n——冰盖综合糙率；χ1——渠道湿周长度，m；χ2——冰盖湿周长度，m；n1——渠底及边坡的糙率系数；n2——冰盖下表面的糙率系数，可按表8.3.8选用。表8.3.8冰盖下表面糙率系数n2结冰期平均流速v(m/s)无冰凌，冰有裂缝有冰凌，冰有裂缝0.4＜v≤0.60.010～0.0120.012～0.0140.6＜v≤0.70.014～0.0170.017～0.0208.3.9采用无冰盖输水(冰)运行方式时，可按常规方法进行水力学计算，并要求渠内设计流速不得小于1.1m/s。8.3.10冬季引泉水、井水等温水入渠时，应进行渠道不结冰长度的计算。计算可按下列经验公式进行：Lh＝kTQntw／Qm(8.3.10)式中：Lh——渠道不结冰长度，km；kT——综合系数，km/℃，可查表8.3.10；Qn——泉水或井水引入流量，m3/s；tw——泉水或井水与渠水混合前温度，℃；Qm——混合后渠水流量，m3/s。表8.3.10综合系数kT渠道走和坡向最冷日平均气温tK（℃)-10～-15-16～-20-21～-25-26～-30A13.210.68.87.5B12.610.18.47.2C11.59.27.76.6D10.08.06.75.7注：1.本表适用条件为：渠水流速v＝(0.8～1.2)m/s；冬季风速vw≤5m/s；渠底高于地下水位的挖方混凝土板衬砌渠道。2.表中渠道走向和坡向为：A—南-北向、东北-西南向的北坡，东南-西北向的东北坡；B—东-西向的北坡；C—东北-西南向的东南坡，东南-西北向的西南坡；D—东-西向的南坡。 8.4前池排冰8.4.1前池设计时应根据地形、地质、气象、水文、冰情等自然条件确定冬季运行方式，进行总体布置和结构型式设计。前池水闸和侧墙的抗冰冻设计应按第10章和第11章有关规定执行。8.4.2前池容积应按水力学和结构要求确定，但应考虑冬季水电站高水位运行时冰盖所占的水体容积。8.4.3无冰盖输水(冰)运行方式可根据地形、地质、气象、水文、冰情等选择下列不同的引水、排冰布置方式：正向排冰正向引水、正向排冰侧向引水、弯道排冰侧向引水、弯道排冰正向引水、侧向排冰正向引水。宜采用正向排冰布置方式。结构布置型式宜采用双层式。 8.4.4正向排冰方式不论是正向还是侧向引水，其排冰闸的中心线必须与渠道中心线重合。排冰闸孔宽应以冰块的最大宽度控制。过闸水深不应小于最大冰块厚度。排冰闸下游应设计陡坡衔接段。8.4.5正向排冰侧向引水方式的排冰闸前应布置一定长度的缓流渠段，其长度宜控制在20m～40m，断面宜采取与排冰闸同宽的矩形。8.4.6正向排冰侧向引水方式的进水闸中心线与渠道中心线夹角应小于90°。进水口前缘应设置活动的或固定的导冰筏。其潜入深度宜为1.5倍～2.0倍的冰厚。8.4.7正向排冰正向引水方式的排冰闸前的扭坡应布置在距离闸前3倍～5倍墙高处，不应紧靠闸体。扭坡长度应控制在8倍～10倍墙高。8.4.8弯道排冰方式的排冰闸前的渠道断面型式宜为梯形。当渠道曲率半径小于5倍水面宽时，排冰闸的中心线不得偏离渠道中心线；渠道曲率半径大于5倍水面宽时，排冰闸的中心线应从渠中心线向凸岸平移0.2倍～0.4倍水面宽。8.4.9采取弯道排冰方式时，应在排冰闸前凸岸设置活动导冰筏，其平面位置与水流方向的夹角应为20°～30°。8.4.10前池中设排砂底孔(或廊道)时，其出口轴线与泄水中心线夹角不得大于45°。8.4.11采用侧堰的泄水排冰布置型式时，侧堰的堰顶长度应满足排冰要求，堰上水深应按冬季最高运行水位计算，不得小于最大冰块厚度。8.4.12泄水排冰渠的断面型式可采用矩形或梯形。其纵坡宜采用陡坡，其冬季水深应大于最大流冰厚度，设计流速应大于2.0m/s。8.5调压井8.5.1调压井顶部应加盖并设进人孔。必要时顶盖上面覆盖土或其它保温材料。8.5.2半地下式的调压井和调压塔的防冻设计，可按现行有关规范水塔保温防冻的要求进行。8.6露天压力管道8.6.1压力管道为钢筋混凝土管时，宜覆土或用其它材料保温。8.6.2无保温措施和冬季不运行的压力钢管，管内的水必须排空。8.6.3严寒地区冬季运行的压力钢管外表面宜喷覆聚苯乙烯或包覆聚苯乙烯泡沫板。聚苯乙烯泡沫板的厚度可按下式计算：(8.6.3)式中：dt——聚苯乙烯泡沫板厚度，m；I0——负气温指数，℃·d。8.6.4冲击式水轮机不得输冰凌过机运行。反击式水轮机可输冰凌过机运行，冰凌含量宜小于10%，瞬时不得超过15%。8.6.5压力管道的镇墩、支墩或底部支承设施应防止由于基土的冻胀而上抬。8.7地面厂房与泵房8.7.1厂(泵)房位置宜避开高边坡、地下水位高、土的冻胀性强的地段。冬季多雪地区还应避开有深积雪或雪崩危险地段。8.7.2厂(泵)房及其邻近区域应作好地表排水和地下排水系统。8.7.3厂(泵)房基础埋深均应大于基础设计冻深。外墙水下部分应采用钢筋混凝土结构，并考虑可能的冻胀力作用，外表面宜有防渗层，墙侧应设防冻层或在冻深范围内回填非冻胀性材料。8.7.4压力管道与机组联接接头，以及穿过外墙处的构造应能适应三向不均匀冻胀和收缩变形。8.7.5冬季需要采暖的厂(泵)房应进行采暖保温设计，并应力求节能，节省运行和管理费用。8.7.6冬季运行的厂(泵)房，有条件时应充分利用电机热风采暖，一般部位温度宜为适于巡回检查的正温。工作人员长期停留部位、低温结露的水机、电器部件、油压润滑系统、有负温过冷水部位，宜设置局部电热或远红外辐射局部采暖装置。8.7.7冬季不运行不采暖的厂(泵)房，所有水管应能放空。易受冻设备宜能拆卸吊放至高出冬季室内可能积水部位保存。如无法拆吊，水泵及其管路、电源应有局部保温。 8.7.8冬季不运行且不采暖的厂(泵)房的楼板梁宜高出渗水形成的室内冰面。 9渠道衬砌与暗管 9.1一般规定9.1.1本章适用于标准冻深大于0.1m地区的渠道衬砌与暗管的抗冻胀设计。冬季输水有防冰要求的渠道输冰、排冰设计应按8.3有关规定执行。9.1.2在渠道规划选线时，应结合常规要求，尽可能避开地下水位高(特别是有傍渗水补给)、冻胀性强的地段；冬季无水渠道宜采用填方渠道。9.1.3渠道衬砌的抗冻胀设计应按下列要求进行：1)调查、收集衬砌渠道沿线的土质、地下水位、冻深和已有工程运行等资料。按土质、地下水深度和渠道走向基本相同的原则划分不同的渠段。2)在各分段选择1～2个具有代表性的横断面，通过观测或按附录B和附录C确定断面上各代表性计算点(如渠底、坡脚、坡中、坡顶)的设计冻深和地表冻胀量确定土的冻胀性级别。3)根据渠道各部位的冻深和冻胀量，选择适宜的渠道断面形式、衬砌材料与结构。4)验算渠道各部位的冻胀位移量，确定必要的抗冻胀措施。9.2衬砌结构抗冻胀稳定性要求9.2.1衬砌结构的抗冻胀稳定性可用表9.2.1所列的衬砌体允许法向位移值为控制指标。9.2.2衬砌结构的冻胀位移值可按渠道基土的冻胀量确定。当该位移值大于允许值时，应根据需要和具体条件选用一种或多种适宜的抗冻胀措施。同一断面的不同部位可采用不同的措施。9.2.3对于地下水位高出渠底、渠底有积水(冰)或有傍渗水补给的渠道，确定其设计冻深时，在水(冰)面或傍渗水逸出点以上1.0m范围内的边坡，按地下水深度Zw＝0计算；确定其冻胀量时，在该点以上0.5m范围内的边坡，按地下水深度Zw＝0计算。表9.2.1渠道衬砌结构允许法向位移值mm断面形式衬砌材料混凝土浆砌石沥青混凝土梯形断面5～1010～3030～50弧形断面10～2020～4040～60弧形底梯形10～3020～5040～60弧形坡脚梯形10～3020～5040～60整体式U形槽或矩形槽20～5030～60—分离挡墙式矩形断面的底板40～5050～6070～80注：1.断面深度大于3.0m的渠道，衬砌板单块尺寸大于5.0m或边坡陡于1∶1.5时，取表中小值；2.断面深度小于1.5m的渠道，衬砌板单块尺寸小于2.5m或边坡缓于1∶1.5时，取表中大值；3.1、2、3级工程取小值。 9.3衬砌结构9.3.1当渠床土的冻胀性属Ⅰ、Ⅱ级时，宜采用下列衬砌结构：1)弧形断面或弧形底梯形断面。宽浅渠道宜采用弧形坡脚梯形断面。2)整体式混凝土U形槽衬砌。其圆弧直径应小于2.0m，圆弧上部直线段的坡度应小于1∶0.2，斜坡长度不应大于0.5m。3)梯形混凝土衬砌渠道，可采用架空梁板式(预制П形板)或预制空心板式结构。9.3.2当渠床土冻胀性属Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级时，宜采用下列衬砌结构：1)渠深不超过1.5m的宽浅渠道，宜采用矩形断面，渠岸用挡土墙式结构，渠底用平板结构，墙与板连接处设冻胀变形缝。 2)小型渠道可采用地表式整体混凝土U型槽或矩形槽。槽底应按9.4.1要求设置非冻胀性土置换层，槽侧回填土高度应小于槽深的1/3。3)小型渠道还可采用桩、墩等基础支撑输水槽体，使槽体与基土脱离。桩的允许冻拔量为零。也可采用暗渠或暗管输水。4)大型渠道，应结合9.4中措施，采用9.3.1中的衬砌结构。5)中型渠道可按本条3)、4)款的规定执行。9.3.3刚性材料衬砌渠道的分缝应能适应冻胀变形。沿渠线方向每隔3m~5m设置一横向缝，缝型可用矩形或梯形，缝宽20mm~30mm。沿渠周方向间隔1m~4m设置纵向缝，缝型可采用铰形、梯形或矩形(见图9.3.3)，缝宽20mm～40mm。9.3.4变形缝内填充粘结力强、变形性能大，在当地最高气温下不流淌、最低气温下仍具柔性的止水材料。图9.3.3冻胀变形缝型式1—填充料；2—弹塑性胶泥；3—弹塑性止水带(a)矩形缝；(b)梯形缝；(c)铰形缝 9.4冻胀土基处理9.4.1当地或附近有较丰富和适宜的非冻胀性土时(土中粒径小于0.05mm的土粒重量不大于土样总重量的6%)，可采用非冻胀性土置换渠床冻胀性土。渠床各部位置换深度Zn(m)可按式(9.4.1)计算：Zn＝ε·Zd－δ0(9.4.1)式中：ε——置换比，%，可按表9.4.1取值；δ0——衬砌板厚度，m；Zd——置换部位的设计冻深，可按附录B计算，m。表9.4.1渠床置换比ε值表地下水深度Zw(m)土质置换比ε（％）坡面上部坡面下部、渠底Zw>Zd+2.50粘土、粉质粘土50～7070～80Zw>Zd+2.00重、中壤土Zw>Zd+1.50轻壤土、砂壤土40～50Zw小于上述值粘土，重、中壤土60～8080～100轻壤土、砂壤土50～6060～80当置换层有被淤塞危险时，应设置反滤层或土工织物保护；当置换材料饱水时，必须保证冻结期置换体有排水出路。9.4.2设置排水系统，降低地下水位和土中水分时，设置方法可按下列不同情况分别确定。1)当冻结层以下不透水层或弱透水层厚度小于10m，深层地下水埋深距设计冻深大于3m时，可在渠底每隔10m～20m设一眼盲井，使冻结层或置换层与透水层联通。2)当渠床的冻结深度内有排水出路时，可在设计冻深底部设置纵、横向暗排系统，把渠床冻结层中的重力水或渠道傍渗水排出渠外。3)对于冬季输水的衬砌渠道，当渠侧有傍渗水补给渠床时，可在最低水位以上设置反滤排水体，必要时设置逆止阀。排水口及逆止阀设在最低行水位处，将傍渗水排入渠内。9.4.3在衬砌体下铺设保温板(如聚苯乙烯泡沫塑料板等)。保温板的选择和厚度应满足下列要求：1)保温板在强度、压缩系数、吸水率、耐久性等方面应满足工程设计要求； 2)对于大型渠道，保温板的厚度应通过热工计算确定；3)中小型渠道，采用聚苯乙烯板保温时，其厚度可取设计冻深Zd的1/10～1/15。9.4.4对冬季行水渠道，在设计最低水位下，可按冰(水)保温考虑。9.4.5用压实或强夯提高渠床非粉质粘性土的密度时，应同时满足压实度不低于0.98，干密度不低于1600kg/m3且不小于天然干密度的1.05倍的要求，压实深度不应小于9.4.1置换深度的规定。9.5渠坡稳定要求9.5.1土质渠道或以土石料护面的埋铺式膜料防渗渠道应采用适应冻胀融沉变形的断面形式(弧底梯形或弧形坡脚梯形)，宽深比宜大于1.0，边坡系数可根据类似工程经验选定。9.5.2渠床土冻胀性为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的大、中型渠道，应以融冻层交界面或土工膜交界面为滑动面，验算边坡稳定性。如不满足要求，可采用换填、排水、支挡等综合工程措施。9.5.3为防治边坡冻融滑坍，渠坡可采用土工编织布砂(土)袋分层砌筑或土工带拉锚固定。坡脚埋设土工布砂(土)袋镇脚。渠坡表面也可采用生物护面。9.5.4取融、冻层交界面为滑动面验算边坡的稳定性时，交界面的c、φ值应通过试验或参考类似工程资料确定。9.6暗管9.6.1冬季通水的暗管(渠)顶面的埋置深度应等于或大于设计冻深。如埋于冻层内，必须论证其抗冻胀稳定性。9.6.2冬季不通水的暗管的埋置深度应根据土的冻胀性级别、冻胀量沿深度分布的实测资料和管道允许变形量确定。在无实测资料的情况下，当土的冻胀性属Ⅰ、Ⅱ级时可根据具体情况比设计冻深小10%～20%；当土的冻胀性属Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级时应不小于设计冻深。9.6.3埋设在冻层内的暗管内的水冬季应排空。9.6.4当井管不能满足抗冻拔要求时，应采取削减或消除切向冻胀力的措施。 10闸涵建筑物 10.1一般规定10.1.1本章适用于标准冻深大于0.5m地区的河道和渠系水闸、涵洞和其它具有板型基础的建筑物的抗冰冻设计。10.1.2选择工程地址、总体布置和结构形式时，应充分考虑冻前地下水位、土质、朝向和地形等条件，使闸涵所受的地基土冻胀和冰的作用尽量减小。10.1.3闸涵抗冰冻宜以进口、闸室(洞身)、护坦、消力池等部位的典型断面为控制断面。按附录B、附录C和5.0.3确定各控制断面上各代表性计算点的设计冻深、基础设计冻深、冻胀量和冻胀力。进行冻胀力和(或)冰压力作用下的稳定和强度验算，确定闸涵结构和必要的抗冰冻措施。10.1.4闸涵的基础埋深应根据土的冻胀性和建筑物等级按下列要求确定。1)地基土冻胀性属Ⅰ、Ⅱ级时，各级闸涵基础埋深可小于基础设计冻深。2)地基土冻胀性属Ⅲ级时，1、2、3级水闸的基础埋深(不包括反滤排水层)不应小于基础设计冻深；4、5级闸涵的基础埋深可小于基础设计冻深。3)Ⅳ、Ⅴ级冻胀性土基上的各级闸涵基础埋深均应大于或等于基础设计冻深。10.1.5有过冰要求的拦河闸和渠系水闸，宜采用开敞式。应验算冰压力作用下闸墩的稳定和强度。必要时，闸上游可设导冰墙(筏)、破冰墩或拦(滞)冰设施等。下游宜设导墙和护岸。大型工程宜作整体过冰模型试验。10.1.6过冰的水闸消力段不宜设消力墩。10.2结构与布置10.2.1冻胀性地基上的闸涵宜采用适应冻胀的整体式闸室结构、锚固梁(板)式基础，加强结构单元的整体刚度。10.2.2 闸涵的布置宜减小建筑物与冻土的接触面积。在满足地基承载力要求的同时，宜增大地基压强。在满足防渗、防冲和水流衔接条件的同时，宜缩短进出口长度。10.2.3严寒地区的河道水闸结构宜采用直墙式，闸室边墩后部填土属Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级冻胀性时，宜采用边墩与岸墙分离式。10.2.4冬季暴露的大中型水闸的上游阻滑板(铺盖)、消力池底板和护坡，宜减小分块尺寸。分块的边长顺水流方向宜取8m~10m，垂直水流方向宜取10m~12m。靠近边墙或厚度较薄的板，边长宜取小值。阻滑板相邻板块间应设置允许自由伸缩的联接钢筋。防渗铺盖应按6.2要求作好接缝止水。10.2.5中小型闸涵室底板宜设置梯形断面的齿墙，深度不宜大于30cm。10.3稳定与强度验算10.3.1本节适用于单块基础底面积大于5m2，短边尺寸大于2m的涵闸建筑物。10.3.2当基础埋深大于基础设计冻深时，应进行下列各项验算：1)冰压力作用下的抗滑稳定、闸墩的强度与稳定验算；2)基侧和边墩侧切向冻胀力的上抬作用；3)验算闸基础底面由于冰压力与土的冻胀力作用下的地基反力，其最大值与最小值之比应不大于闸涵常规设计允许值。10.3.3当基础埋深小于基础设计冻深时，应进行下列验算：1)10.3.2各款中有竖向冻胀力同时作用下的竖向位移、抗滑稳定性、应力比与强度；2)闸基底和边墙侧基土中或界面解冻时强度可能降低情况下的抗滑和抗渗稳定性。10.3.4进行上述各项验算时，冰压力的计算见附录D；水平冻胀力的计算见11.2；作用在单块基础板底面积上的竖向冻胀力标准值可按下列方法计算：Fv＝mσ·a0·σvＡ(10.3.4-1)(10.3.4-2)基础板上无冰层时：(10.3.4-3)基础板上有冰层时：(10.3.4-4)式中：Fv——作用在单块基础板底面上的竖向冻胀力标准值，kN；mσ——竖向位移影响系数；a0——基础厚度影响系数；σv——单位竖向冻用力标准值，kPa，见表5.0.3-3；[S]——建筑物基础允许产生可复位的垂直位移值，mm，1、2级建筑物应取[S]＝0.0；3、4、5级建筑物[S]值可按表10.3.4取值；Δh——计算点的地表冻胀量，mm；dt——计算点的基础厚度，m；Zf——计算点的基础设计冻深，m，可按附录B确定；δi——基础板上的冰层厚度，m。表10.3.4基础允许冻胀竖向位移值[S]mm建筑物类型及结构部位［S］3级建筑物4、5级建筑物涵闸进出口基础板1525闸室段、洞身段钢筋混凝土基础1015钢筋混凝土陡坡段底板、消力池底板、护坦板有侧向约束1525无侧向约束203010.3.5竖向冻胀力的作用分项系数可取1.1。 10.4抗冻胀措施10.4.1验算涵闸建筑物的强度与稳定后，确定需要采取抗冻胀措施时，应根据建筑物级别、地基土的冻胀量和冻胀性级别，采用下述各条中的一种或综合采用几种抗冻胀措施。10.4.2采用非冻胀性材料置换冻胀性地基，并应满足下列要求：1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级冻胀性地基的置换材料采用砂砾料时，其中小于0.05mm料径的颗粒含量按质量比必须小于总质量的6%；置换材料与原状土之间应设置反滤层或用非织造土工织物隔离；置换的地基宜具有良好的排水条件。2)Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基在满足本条第1)款的技术要求的同时，应采用具有足够强度、厚度和抗老化性能的土工织物反滤材料封包置换地基。置换的地基在冻结期内必须有通畅有效的排水条件。3)置换深度应满足建筑物抗冻胀稳定要求。置换范围沿建筑物基础投影轮廓线向外侧加大0.3m~0.5m。10.4.34、5级闸涵可采用回填土分层压实或强夯法压密地基，并应满足下列要求：1)当闸涵地基应力不小于10kPa时，回填土料应使用中低液限粘性土，不应采用粉土和粉质粘土。分层回填压实基土的平面范围同10.4.2第3)款。压实密度、分层回填土厚度、自基础表面起算的压实深度可按表10.4.3确定。2)当原地基土的冻胀性属Ⅳ、Ⅴ级时，压实土侧面边坡不宜小于1∶0.2，并用塑料薄膜与周围土隔开。表10.4.3回填压实法设计参数表地基土冻胀性级别Ⅰ、Ⅱ、ⅢⅣ、Ⅴ压实深度(m)(0.80～0.90)Zf(0.95～1.05)Zf回填土分层厚度(cm)25～30≤25压实干密度ρd(kg/m3)＞1600＞16503)强夯法适用于非粉质土的粘土地基。基土强夯有效平面范围同10.4.2第3)款。自基础表面起算的有效夯实深度应大于或等于基础设计冻深。有效夯实深度内的最低干密度应满足：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级冻胀性地基不小于1650kg/m3，Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基不小于1700kg/m3。10.4.4采用保温材料或利用水层防止建筑物地基冻结时应满足以下要求：1)采用保温材料时，1、2、3级建筑物保温材料的铺设厚度应由热工计算确定。保温材料铺设在基础四周的水平加宽或帷幕式加深值均应等于或大于基础下冻土层厚度值。2)采用水层保温时，应防止建筑物蓄水部位的渗漏，并应采用其它措施防止被保温部位外周侧冻结。保温水层的厚度宜大于当地平均最大冰厚。3)当地基压强小于20kPa的小型涵闸采用聚苯乙烯泡沫塑料板做基础保温材料时，应考虑泡沫板在不均匀应力作用下的压缩变形对建筑物稳定与强度的影响。保温板的物理力学性能应符合表6.3.3指标。板厚可按1/10～1/15基础设计冻深确定，地基土冻胀性级别高的取大值。保温板的铺设方式和范围应符合本条第1)款的规定。  11挡土墙 11.1一般规定11.1.1建于冻胀性地基土上和墙后回填冻胀性土的挡土墙宜选用适应冻胀变形能力强的结构。平面布置宜避免直角，宜采用圆弧形。墙后宜减小填土高度，并应做好排水措施。Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基上的独立式挡土墙基础宜采用扩大式条形基础。11.1.2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基上的挡土墙基础埋深不应小于基础设计冻深。Ⅰ、Ⅱ级冻胀性地基上的挡土墙基础埋深可小于基础设计冻深，但必须满足挡土墙在冻胀力作用和地基土融化时的稳定和结构强度要求。11.1.3冻胀性地基上的挡土墙宜每隔8m～12m设置沉陷缝，地基土冻胀性级别高的取小值。每段墙体基础宜布置在土质均匀的同一高程上。11.1.4在满足渗径要求的条件下，挡土墙应设置排水孔。其孔径宜大于10cm，孔距和排距宜为2m～3m ，排水孔与墙后土体接触部位应设置反滤层。墙后土的冻胀性属Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级和有地下水时，宜在冻前地下水位以下设置斜卧式或水平式排水体，并与排水孔连通。11.1.5浆砌石挡土墙背面应平整光滑，可用水泥砂浆或沥青抹平。11.1.6挡土墙基础埋深等于或大于基础设计冻深时，可只考虑水平冻胀力的作用。基础埋深小于基础设计冻深时，除水平冻胀力外，还应考虑竖向冻胀力的作用。11.1.7标准冻深大于0.5m地区建于冻胀性地基上的挡土墙应验算挡土墙在冻胀力作用下的结构强度、抗滑稳定，抗倾覆稳定、地基应力、合力偏心矩。挡水结冰的挡土墙还应考虑冰压力的作用。当不满足上述要求时，必须采取抗冻胀措施。11.2水平冻胀力标准值的计算11.2.1本节适用于标准冻深大于0.5m，墙前地面至墙后填土顶面之间的高差(Ht)小于或等于5m的薄壁挡土墙。当超过上述限定时，宜按11.3的有关规定采取抗冻胀措施或作专门研究。11.2.2单位水平冻胀力沿墙高的分布可按图11.2.2的图形确定。图11.2.2单位水平冻胀力分布图11.2.3根据图11.2.2，可按下式计算作用在单位宽度墙体上的水平冻胀力的合力标准值：(11.2.3-1)(11.2.3-2)式中：Fh——水平冻胀力合力标准值，kN/m；ma——墙体变形影响系数；Cf——挡土墙迎土面边坡修正系数，可按表11.2.3-1取值；σht——最大单位水平冻胀力标准值，kPa，见表5.0.3-2；Ht——自墙前地面算起的墙后填土高度，m；β"——非冻胀区深度系数，可按表11.2.3-2取值；β——最大单位水平冻胀力高度系数，可按表11.2.3-2取值；[SH]——计算点允许水平位移值，mm，悬臂式挡土墙可取(8～10)βHt；Δhd——挡土墙后计算点土的冻胀量，mm，可按附录C确定，并取墙前地面以上Ht/4处为计算点。表11.2.3-1Cf值表c0.00.10.20.30.4Cf1.000.900.850.810.79表11.2.3-2β、β"值表墙后土冻胀性级别Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤ冻胀量Δhd(mm)Δhd≤5050<Δhd≤120120<Δhd≤220Δhd>220β0.150.300.450.5β"≤0.20≤0.15≤0.08≤0.08 注：当Ht小于或等于2mm时取β＇等于零。11.2.4水平冻胀力的作用分项系数可采用1.1。11.3抗冻胀措施11.3.1在满足渗径要求的条件下，可采用非冻胀性材料作墙后回填土。对置换材料的要求见10.4.2，置换范围宜按图11.3.1所示的图形确定。δ—墙体平均厚度；1—封闭层；2—非冻胀性材料；3—置换线图11.3.1挡土墙非冻胀性回填土范围示意图11.3.2采用保温材料防止挡土墙后土冻结时应满足下列要求：1)按10.4.4确定保温材料的性能和铺设厚度。2)保温材料的铺设宜按图11.3.2所示的方式。其中单向保温方式适用于Ⅰ、Ⅱ级冻胀性地基土，双向保温方式适用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基土。3)双向式保温材料的水平铺设宽度，宜按地基土的冻胀性级别相应取设计冻深的1.1倍至1.5倍，如图11.3.2(b)所示。4)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基土上的挡土墙宜采用聚苯乙烯泡沫塑料板做保温材料，其性能应符合表6.3.3要求，板厚可按1/10～1/15倍的设计冻深确定，地基土冻胀性级别高的取大值。 图11.3.2挡土墙保温范围示意图1—墙体；2—保温材料(a)单向保温；(b)双向保温 12桥梁和渡槽 12.1一般规定12.1.1标准冻深大于1.0m的地区，当土的冻胀性属于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级时，桥梁和渡槽的桩(墩)基础应进行抗冻拔稳定和强度验算。12.1.2当河(渠)道宽度较小时，宜采用单跨桥(渡槽)。12.1.3桥梁和渡槽宜尽可能减少桩、墩数和减小桩径。宽度较小的桥梁和渡槽宜采用单桩型式。12.1.4冰情较严重的河(渠)道上的桥梁和渡槽，宜尽可能增大单跨长度，并按附录D计算冰压力的作用。必要时，宜在桩、柱前设置破冰墩。12.1.5基础埋置深度应考虑河(渠)床冲刷对基础埋深减小的影响。12.1.6基础在冻(冰)层内和地(冰)面以上至少40cm范围内不得设置横系梁。在其它部位设置横系梁时，应考虑淤积和冲刷对基础与地面相对位置的影响。12.1.7渡槽进出口段的抗冻胀设计见第10章的有关条款，并按6.2的规定设计进出口段与槽身之间的接缝止水。12.2基础结构12.2.1混凝土灌注桩在稳定河床以下大于1.2倍设计冻深范围内的桩段，应使用模板浇筑或使用外表面平整的钢筋混凝土管、钢管作套管。管的外径应与桩径一致。 12.2.2扩大式基础、排架式基础和墩台基础宜用于冲刷深度小、河床稳定、且易于开挖的场地。12.2.3扩大式基础的翼板长度和埋深，在满足承载力要求的同时还应满足下列条件：1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级冻胀性地基中，翼板长度可取0.8倍～1.0倍桩(柱)的直径或边长。底板顶面埋置深度(冲刷深度以下)应等于或大于1.2倍设计冻深。2)Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基中翼板长度应等于或大于1.5倍桩(柱)直径或边长。底板顶面的埋置深度(冲刷深度以下)应等于或大于1.2倍设计冻深。12.2.4排架式基础的底梁宽度不宜小于3倍桩(柱)直径或边长，厚度不宜小于0.3m。底梁的埋置深度应符合12.2.3的规定。12.2.5墩台基础在冻层内宜做成正梯形的斜面。在满足现行GBJ7—89《建筑地基基础设计规范》中规定的刚性角的条件下，其坡比不宜陡于7∶1。斜面应平整，可用水泥砂浆抹平。基础底面的埋置深度宜大于基础设计冻深的1.2倍。12.2.6当土质适宜时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级冻胀性土中可采用大头桩基础。其大头上表面的埋置深度应大于设计冻深，大头直径不宜小于2.5倍桩径。同时，应保证冻层范围内桩壁平整。12.3基础的稳定与强度验算12.3.1进行Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级冻胀性地基中的桥梁和渡槽基础抗冻拔稳定和强度验算时，应取基础全约束工作状态，即冻拔位移量为零。12.3.2基础所受的总切向冻胀力标准值可按下式计算：Tτ=ψe·ψr·τt·U·Zd(12.3.2)式中：Tτ——总切向冻胀力标准值，kN；τt——单位切向冻胀力标准值，kPa，见表5.0.3-1；U——冻土层内基础横截面周长，m；Zd——基侧土的设计冻深，m，可按附录B确定；ψe——有效冻深系数，可按表12.3.2确定；ψr——冻层内桩壁糙度系数，表面平整的混凝土基础可取1.0。表12.3.2有效冻深系数ψe土类粘土、粉质粘土重、中壤土砂壤土、轻壤土冻前地下水位至地面的距离(m)＞2.02.0～1.0＜1.0＞1.51.5～0.8＜0.8＞1.01.0～0.5＜0.5ψe0.60.81.00.60.81.00.60.81.012.3.3桩、墩基础的抗冻拔稳定可按下式验算：ψγQγ0Tτ≤(1/γD)(γGP+γGG+γFFS)(12.3.3)式中：ψ——设计状况系数，可按持久状况取1.0；γ0——结构重要性系数，可按表12.3.3取值；γQ——可变作用分项系数，可取1.1；γD——结构系数，可取1.1；γG——永久作用分项系数，可取1.0；P——作用于桩(墩)顶的恒载，kN；G——桩、墩自重及墩台基础边上的土重，kN；γF——可变作用分项系数，可取0.9；FS——冻层以下基础与冻胀土之间的总摩阻力，kN，可按12.3.5确定。表12.3.3结构重要性系数γ0建筑物级别1级2、3级4、5级γ01.11.00.912.3.4桩、墩基础的结构抗拉强度可按下式验算：γ0γQTτ-γGP-γGGf-γFFi≤(1/γD)fyA(12.3.4) 式中：Gf——验算截面以上基础的自重，kN；Fi——验算截面以上至冻结面暖土的摩阻力，kN；fy——验算截面材料强度设计值，对于钢筋混凝土结构，fy为受力钢筋强度设计值，kN/mm2；A——验算截面的横截面面积，对钢筋混凝土结构，A为纵向受力筋截面积之和，mm2。12.3.5基础侧壁与暖土之间的总摩阻力可按下式计算：Fs=0.4Σ(fsi·Zi·Ui)(12.3.5)式中：fs——基础侧壁与暖土之间的总摩阻力，kN；fsi——冻结层以下基础侧壁与各层暖土之间的单位极限摩阻力，kPa；Zi——冻结层以下基础侧壁与各层暖土间的接触长度，m；Ui——冻结层以下各暖土层范围内基础截面的平均周长，m。12.3.6桩基础应在全长内配置钢筋。其抗冻拔强度验算应取设计冻深处和所有受力钢筋截面变化处的断面。12.3.7扩大式基础、排架式和大头桩基础抗冻拔强度验算应取桩(柱)与底板(底梁、大头)联接根部截面、所有受力钢筋截面变化处和设计冻深处的截面。12.3.8跨年度施工的工程，越冬期基础应采用临时抗冻拔措施。 13水工金属结构 13.1一般规定13.1.1本章适用于防止水工金属结构物受静冰压力作用；防止冰雪团、冰凌和冰块堵塞孔口、闸门、拦污栅；防止闸门活动部分与冰盖层冻结在一起，闸门活动部分与门槽部分被冰冻结在一起，门槽埋件工作表面结冰等。13.1.2设计指示和设计大纲中应明确给出闸门、拦污栅、清污排冰机、自动挂脱梁和启闭机的运行工况。13.1.3在冰冻期运行和操作的发电、泄水、排冰的闸门、拦污栅和启闭机等，必要时应采取保温加热措施。13.1.4防冰和防冰冻方法应根据水工金属结构的设置部位、布置形式、运行工况，水温、气温和冰情确定，可选用保温法、加热法、吹泡法和射流法等。13.1.5闸门不得承受静冰压力，有动冰压力作用时应按校核荷载进行闸门的校核计算。13.1.6严寒地区的水工金属结构应选用具有强度高、焊接性好、冲击韧性高和脆性转变温度低的钢材制造。焊接时应采用具有与母材相应性能的焊条、焊丝和焊剂。13.1.7严寒地区的闸门使用的止水水封，在当地最低气温条件下应保证其物理力学性能，满足止水要求。13.1.8严寒地区的闸门主轮和弧门支铰的润滑剂应采用低温润滑脂。13.1.9严寒地区的液压机，其压力油的凝固点应满足当地最低气温的要求，并宜建保温机房。13.1.10严寒地区的水工金属结构防腐蚀，应采用低温漆或金属热喷涂保护，且封闭漆应具有良好的耐低温性能。13.2闸门13.2.1冰冻期挡水而不开启的表孔闸门，为防止静冰压力作用，闸门前应保持有一条不结冰水域。13.2.2冰冻期挡水且需要操作的表孔闸门和潜孔闸门，其门叶、埋件和门槽应采取加热保温措施。13.2.3严寒地区坝式、岸式、塔式和井式进水口和调压井内的快速闸门，宜设置保温的闸门室和启闭机室，也可在闸门井内加热，并在井顶加盖保温。13.2.4严寒地区的泄洪洞和排沙洞进口或中部的工作闸门或事故闸门宜设置保温的启闭机室，也可设置闸门室。13.2.5严寒地区的泄洪洞和排沙洞出口的工作闸门的闸门室和启闭机室应采取加热保温措施。13.2.6严寒地区的前池进口快速闸门应设置采暖的闸门室和启闭机室。13.2.7结冰盖的水库，不宜采用浮箱闸门。13.2.8 排冰闸的闸门门型宜采用舌瓣闸门、带舌瓣的平面闸门或带舌瓣的弧形闸门。不宜采用上升式闸门、下沉式闸门和双层闸门。13.2.9排冰的舌瓣闸门两侧的埋固止水座板应做成箱体结构，可采用热空气法、热水法或热油法防冰冻。舌瓣闸门应设置上部带滑轮的起吊拉杆。在闸门全开时起吊钢丝绳不应浸入水中。13.2.10带舌瓣的闸门不得上下同时排冰。13.2.11有清冰要求的排冰建筑物附近，应有清冰场地和运行人员值班与存放工具设备的专用房屋。13.2.12冰冻期需要操作运行的闸门，通气孔内不得结冰盖。通气孔出口宜设置在保温房内，其门窗均应能双向开合。13.2.13严寒地区的启闭机冬季有操作要求时，启闭机室内应备有采暖设备。起吊拉杆和自动挂脱梁应存放在室内。13.2.14门槽二期混凝土与一期混凝土的接缝应结合密实，不得漏水。门槽二期混凝土抗冻等级应符合表6.1.2的规定。13.2.15冰冻期运行和操作的闸门，门叶结构下游面的结构节点的造型宜采取平滑过渡连接，拼接焊缝应避开过渡区，而不应出现呈直角和未修圆的应力集中点。13.2.16门叶结构主梁、次梁和边梁上无论直径大小的漏水孔和安装孔，均禁止对接或搭接补焊，孔的边缘应修整光滑。横向隔板上的大孔应设置加劲环。13.2.17在低温下清除门叶上的结冰和门叶与门槽之间的结冰不得采用人工打冰方法除冰，而只允许采用加热化冰的方法除冰。13.2.18闸门埋件防冰冻可选择定时加热或连续加热。可采用热空气法、热水法和热油法加热埋件。1)热空气法可采用静止空气加热；2)热水法可采用静水加热；3)热油法可采用循环热油或静油加热。13.2.19热空气法、热水法和热油法的热源应采用管状电加热器。13.2.20热空气法防埋件冰冻的加热计算可按下列公式进行：1)定时加热——只是把钢埋件表面上厚度有限的冰融化0.01m。所需的加热功率可按下式计算：P=1.7(1-0.006tk)Aa/T(13.2.20-1)式中：P——加热功率，kW；tk——设置地点的最低气温，℃；Aa——钢埋件加热面积，m2；T——化冰加热时间，h。2)连续加热——不允许钢埋件工作表面上遇水结冰。其加热功率可按下式计算：P=0.05(1-tk)Aa+0.3Aw(13.2.20-2)式中：Aa——空气中的钢埋件加热面积，m2；Aw——过冷水中的钢埋件加热面积，m2。13.2.21循环热油法防冰冻的线单位耗热量q0可按当地最低气温tk=-20℃～-30℃计算，采用q0=(0.4～0.5)kW/m。其油箱出口油温不应超过60℃，油箱进口回油温度不宜低于20℃。回油温度可根据循环热油的进出口温差计算。出进口油温温差ΔT(℃)可按下式计算：Δt=2q0L/Q(13.2.21)式中：q0——热油单位长度耗热量，kW/m；L——防冰冻线长度，m；q——油泵流量，m3/h。13.2.22门叶防冰冻可采用热空气法、压力水射流法、压缩空气吹泡法或聚苯乙烯泡沫塑料板保温法。13.2.23热空气法可采用管状电加热器为热源，其三相负载分配应相等，均匀地布置在门叶结构中间。门叶下游面全部采用聚苯乙烯泡沫塑料板封闭保温，其板厚度不得小于50mm，导热系数应小于或等于0.04W/(m·℃)。门叶热空气法防冰冻计算可按附录E进行。13.2.24压力水射流法防冰冻所提供的水温不应低于0.25℃。其计算可按附录F进行。13.2.25压缩空气吹泡法防冰冻消耗气流量的指标可取qa=0.03m3/(m·min)，压力可取P=0.6MPa 。喷嘴淹没水深可取H=(2～5)m。空气压缩机生产率可按下式计算：Q=knL0qa(13.2.25)式中：q——空气压缩机生产率，m3/min；n——闸门孔口个数；k——安全系数，可取k=1.25；L0——闸门孔口单孔净跨，m。压缩空气吹泡法防冰冻应设两台压缩机，两台压缩机并联，互为备用。13.2.26射流法或吹泡法可采用各孔闸门同时或多孔闸门分段定时射流或吹泡，而不必采用连续射流或吹泡。13.2.27压力水射流管或压缩空气吹泡法的吹气嘴与闸门门叶外缘的距离不应小于2.5m。13.2.28采用聚苯乙烯泡沫塑料板保温，当板的导热系数λ≤0.04W/(m·℃)时，可按下列两式计算：dt=0.15δi(13.2.28-1)B=3.0δi(13.2.28-2)式中：dt——泡沫板厚度，m；B——泡沫板宽度，m；δi——水库冰盖最大厚度，m。 13.3拦污栅13.3.1严寒地区引水式电站的前池进水口宜采用提升式潜孔拦污栅，不得采用固定式拦污栅。采用表孔拦污栅时，应把拦污栅布置在闸门室内，且闸门室应采暖保温。13.3.2前池机械排冰宜采用回转栅式清污排冰机，且检修闸门应布置在其上游。13.3.3前池拦污栅采用人工或机械清冰时，拦污栅与水平夹角宜布置成70℃左右。人工水中清冰时，冬季栅前运行水深不宜超过3m。13.3.4冬季结冰盖运行的明渠引水式水电站的前池拦污栅应设置在闸门室内，且闸门室应采暖保温。13.3.5严寒地区前池拦污栅前后水位差监测装置应采取防冰冻措施。13.3.6结冰盖水库的潜孔拦污栅在冰冻期需要提升时，应在其上游布置胸墙，栅槽宜采用定时加热。13.3.7潜孔式拦污栅冰冻期不需要提升时，栅顶高程应布置在冰盖最大厚度以下。13.3.8浅式进水口潜孔拦污栅可布置主、副两道。主、副栅每节下主梁处应设捞冰齿。提栅至水上清冰时，栅槽可根据需要设置定时加热设备。 附录A(标准的附录)中国主要河流冰情特征 A0.1河流和水库的冰情特征根据当地水文站实际观测资料确定。无实测资料时，可根据具体情况按下列各条取值。A0.2主要河流初冰、封冻、解冻日期和最大冰厚见表A1、图A1～图A4(见正文后插页)。A0.3水库冰厚可按下式计算：(A1)式中：δi——水库冰厚，m；I0——负气温指数，℃·d；ki——冰厚系数，一般可取0.022～0.026(严寒地区取大值)。表A1中国北方河流主要站点冰情特征值表河流站名经纬度冰情日期(月.日)冰情天数(d)最大冰厚 多年均值(m)东经北纬初冰封冻解冻流冰花封冻黑龙江开库康124°48′53°09′10.2211.065.03151781.60呼玛126°39′51°43′10.2511.134.28191671.46黑河127°29′50°15′10.2711.164.28201641.28奇克128°28′49°35′10.2611.164.27191631.24嘉荫130°23′48°54′10.3111.244.23241511.14萝北131°20′47°43′11.0111.194.19181501.04嫩江库漠屯125°16′49°27′10.2411.064.17131631.35阿彦浅124°37′48°46′10.3011.134.17141531.18同盟124°22′48°04′11.0311.184.10151400.97富拉尔基123°40′47°12′11.0511.174.14121491.03大来124°16′45°33′11.0411.204.08121390.86松花江下岱吉125°24′45°25′11.0211.234.0791360.92哈尔滨126°35′45°46′11.1211.254.08131341.00依兰129°33′46°20′11.0211.174.13161381.08佳木斯130°20′46°50′11.0211.224.16131461.13富锦132°00′47°16′11.0711.234.17161441.02辽河福德店123°35′42°59′11.1111.263.28141230.86铁岭123°50′42°20′11.1212.013.19191080.61巨流河122°57′42°00′11.1412.043.20191070.61鸭绿江十四道沟127°55′41°26′11.0012.014.04221240.98集安126°10′41°06′11.3012.223.2223900.82永定河卢沟桥116°13′39°52′11.3012.112.2711780.51黄河兰州103°49′36°04′11.161.132.2358420.48石嘴山106°47′39°15′11.2512.283.0834710.51包头110°11′40°33′11.1912.083.21191040.79卫运河德州116°22′37°31′12.1012.302.1020420.20额尔齐斯河布尔津86°51′47°42′11.0311.234.03201310.94伊犁河野马渡81°48′43°37′11.27——990—昆马力克河协合拉79°37′41°43′11.20——970—叶尔羌河卡群76°54′37°59′11.03——860— 附录B(标准的附录) 土的冻结深度的确定 B1设计冻深B1.1设计冻深系指工程地址各计算点冻结深度的设计取用值，可按下式计算：Zd=φf·ψd·ψw·Zk(B1)式中：Zd——设计冻深，m；φf——冻深年际变化的频率模比系数，根据标准冻深值可由图B1查得，4、5级建筑物按频率为10% 的曲线查取，1、2、3级建筑物按频率为5%的曲线查取；ψd——日照及遮荫程度影响系数，可按式(B2)确定；ψw——地下水影响系数，可按式(B3)确定；Zk——标准冻深，m。图B1标准冻深与频率模比系数关系曲线ψd=a+bψi(B2)式中：ψi——典型断面(N-S，B/H=1.0，m=1.0)某部位i的日照及遮荫程度修正系数，阴(或阳)面中部的ψi值的地理位置可由图B2查得，底面中部的ψi可由图B3查得；a、b——系数，据建筑物所在的气候区(由图B4查得)、建筑物计算断面的轴线走向、断面形状及计算点位置可分别由表B1、表B2查取。表B1和表B2系按平原渠道计算的，若渠坡较高或建筑物上部有遮荫作用，应考虑额外的遮荫影响。图B2典型断面(N-S，B/H=1.0，m=1.0)阴(或阳)面中部的ψi值分布图(B3)式中：Zwo——邻近气象台(站)的地下水位深度，m；对于粘土、重、中壤土，当Zwo＞3.0m时，可取Zwo=3.0m；对于轻壤土、砂壤土，当Zwo＞2.5m时，可取Zwo=2.5m；对于砂，当Zwo＞2.0m时，可取Zwo=2.0m；a——系数，可按表B3取值； Zwi——计算点的地下水位深度，m；可取计算点地面(开挖面)至当地冻结前地下水位的距离(对于挡土墙，计算点取距墙前地面以上1/4墙后填土高度处的位置)。图B3典型断面(N-S，B/H=1.0，m=1.0)底面中部的ψi值分布图 表B1ψd值计算式中的系数a值表项目中温带南温带高原气候区B/Hm走向阴面底面阳面阳面底面阳面阴面底面阳面0.500.00E-WNE45°N-S-3.54-3.36-2.79-2.30-2.13-1.95-2.42-2.24-2.79-2.24-2.12-1.97-2.10-1.97-1.89-1.80-1.62-1.97-2.43-2.30-2.06-2.23-1.96-1.86-1.62-1.65-2.061.00E-WNE45°N-S-2.55-1.89-0.14-1.46-0.41-0.244.752.31-0.14-1.36-0.94-0.03-0.70-0.24-0.233.961.20-0.03-0.77-0.44-0.080.07-0.12-0.290.630.32-0.081.50E-WNE45°N-S-2.25-1.380.34-0.280.140.184.422.590.34-1.00-0.510.330.590.240.184.211.680.33-0.25-0.000.340.910.330.191.060.750.340.502.00E-WNE45°N-S-1.81-0.980.580.620.450.433.912.530.58-0.60-0.230.560.690.510.433.421.790.560.140.270.570.680.540.461.200.950.571.000.00E-WNE45°N-S-3.13-2.93-2.11-2.15-1.75-1.451.16-0.82-2.11-2.03-1.92-1.56-1.80-1.46-1.360.05-1.09-1.56-1.86-1.80-1.61-2.22-1.79-1.83-1.17-1.47-1.611.00E-WNE45°N-S-2.51-1.850.00-1.05-0.090.005.032.600.00-1.33-0.870.000.000.040.004.551.210.00-0.71-0.370.001.020.130.000.700.400.001.50E-WNE45°N-S-2.24-1.360.420.410.320.334.532.720.42-0.99-0.490.380.700.380.324.411.790.38-0.220.050.380.680.460.341.100.790.38 2.00E-WNE45°N-S-1.80-0.970.620.730.550.523.962.590.62-0.60-0.220.580.730.590.513.551.850.580.140.280.590.700.630.561.210.980.592.000.00E-WNE45°N-S-3.00-2.75-1.56-1.86-0.81-0.552.570.32-1.56-1.89-1.75-1.27-1.34-0.55-0.480.02-0.68-1.27-1.65-1.56-1.37-0.82-0.50-0.67-1.33-1.31-1.371.00E-WNE45°N-S-2.49-1.800.180.410.320.335.322.920.18-1.29-0.820.110.700.380.324.601.670.11-0.66-0.310.070.680.460.340.810.490.071.50E-WNE45°N-S-2.22-1.330.510.730.550.524.652.880.51-0.97-0.490.440.730.590.514.581.940.44-0.180.070.430.700.630.561.150.850.432.00E-WNE45°N-S-1.80-0.950.680.790.690.644.012.680.68-0.58-0.200.630.800.710.643.851.930.630.160.310.620.770.720.671.241.000.62 表B2ψd值计算式中的系数b值表项目中温带南温带高原气候区B/Hm走向阴面底面阳面阳面底面阳面阴面底面阳面0.500.00E-WNE45°N-S4.564.383.813.303.132.953.433.253.813.363.243.063.132.992.912.862.683.063.513.383.123.272.992.992.682.703.121.00E-WNE45°N-S3.572.901.142.451.421.24-3.75-1.321.142.492.031.051.731.251.23-2.99-0.291.051.901.531.081.021.131.280.160.571.081.50E-WNE45°N-S3.272.390.661.280.870.82-3.42-1.590.662.131.600.670.490.770.82-3.19-0.750.751.391.090.660.610.690.81-0.230.150.662.00E-WNE45°N-S2.821.990.420.390.550.57-2.91-1.530.421.721.310.440.330.500.57-2.43-0.850.440.990.810.430.330.460.54-0.34-0.030.431.000.00E-WNE45°N-S4.153.953.133.152.752.45-0.131.823.133.163.032.632.842.482.370.912.082.632.972.892.663.222.792.812.062.442.661.00E-WNE45°N-S3.532.861.002.041.091.00-4.03-1.611.002.461.971.001.070.971.00-3.55-0.331.001.841.471.000.100.881.000.080.481.001.50E-WNE45°N-S3.252.370.580.610.690.67-3.53-1.720.582.111.580.620.350.630.68-3.38-0.870.621.351.040.610.340.550.66-0.270.100.612.00E-WNE45°N-S2.811.970.380.280.450.48-2.96-1.590.381.711.290.410.280.410.49-2.55-0.910.410.990.800.410.300.370.45-0.35-0.070.41 2.000.00E-WNE45°N-S4.033.772.572.851.811.55-1.580.672.573.022.862.312.361.581.480.781.602.312.762.652.391.871.521.662.112.222.391.00E-WNE45°N-S3.512.810.820.610.690.67-4.32-1.920.822.431.920.880.350.630.68-3.63-0.770.881.801.410.920.340.550.66-0.030.380.921.50E-WNE45°N-S3.232.340.490.280.450.48-3.65-1.890.492.091.570.550.280.410.49-3.54-1.020.551.321.020.570.300.370.45-0.330.030.572.00E-WNE45°N-S2.811.960.320.210.310.36-3.01-1.680.321.701.280.370.200.300.36-2.83-0.990.370.970.770.380.220.280.33-0.39-0.090.38 图B4中国气候区划图表B3a值表土类粘土、重、中壤土轻壤土、砂壤土砂α0.790.630.42 B2基础设计冻深B2.1基础设计冻深Zf(m)，系指计算点基础外露表面算起的冻深，可按下式计算：Zf=Zd+ψads-1.67δi(B4)式中：Zf——基础设计冻深，m；ψa——基础材质修正系数，混凝土、浆砌石基础可取0.35，干砌石基础可取0.30；δi——基础上面的冰层厚度，m；ds——基础板厚度，m。B2.2基础下土的冻深可按下式计算：Zb=Zf-ds(B5)式中：Zb——基础下土的冻深，m。  附录C(标准的附录)土的冻胀量的确定 C0.1进行水工建筑物抗冻胀设计时，应确定工程各计算点地表冻胀量和基础下冻土层的冻胀量。前者是指年冻结周期内冻结前地表至冻结期内冻胀后的地表在法线方向上的最大差值，即季节冻结土层的总冻胀量。后者是指基础埋深小于基础设计冻深时，基底下地基土冻结层内的总冻胀量。C0.21、2、3级建筑物所在位置的天然地表冻胀量宜通过现场观测确定，观测周期不宜少于5个冻结期。观测方法可按SDS01—79《土工试验规程》下册执行。当实测存在困难时，可依据由附录B确定的设计冻深和冻前(冻结初期)地下水位，按下列方法确定地表冻胀量：1)粘性土(粘土、粉质粘土、重壤土和中壤土)的地表冻胀量可查图C1。当计算点在冻结期内有承压水或充分的外来水补给时，应取逸出点或补给水表面为冻前地下水位，并按图C1查得冻胀量再增加10%～15%。当设计冻深大于1.8m时，地表冻胀量可按设计冻深1.8m取值。2)砂性土(砂土、砂壤土)的冻胀量可查图C2。当计算点的设计冻深大于1.6m时，地表冻胀量可按设计冻深等于1.6m取值。C0.3基础下的基土冻胀量可按下式计算：Δh′=apΔh·Zb/Zd(C1)ap=e-β·p(C2)式中：Δh′——基土冻胀量，mm；ap——荷载修正系数，可按式(C2)确定。β——与季节冻结层内地基土的干密度ρd有关的系数，可按表C1取值；p——计算点地基的荷载强度，kPa。图C1粘性土地表冻胀量取值图Δh—冻胀量；Zw—冻前地下水位；Zd—设计冻深 图C2砂性土地表冻胀量取值图式(C2)的适用范围为ρd≥1350kg/m3。当ρd＜1350kg/m3时，取ρd=1350kg/m3。表C1β值表ρd(kg/m3)135014001450150015501600165017001750β0.0340.0250.0180.0140.0100.0070.0050.0040.003  附录D(标准的附录) 冰压力计算 D1动冰压力D1.1大冰块运动作用在铅直的坝面或其它宽长建筑物上的动冰压力标准值可按下式计算：(D1)式中：fi1——冰块撞击建筑物时产生的动冰压力标准值，MN；v——冰块运动速度，m/s，宜按现场观测资料确定；无现场观测资料时，对于河(渠)冰可取水流速度；对于水库冰可取历年冰块运动期最大风速的3%，但不宜大于0.6m/s；对于过冰建筑物可取建筑物前行近流速；δi——流水厚度，m，可取最大冰厚的0.7倍～0.8倍，流冰初期取大值；A——冰块面积，m2，由现场观测或调查确定；fic——冰的抗压强度，MPa，由试验确定。无试验资料时，对于水库可取0.3MPa，对于河流流冰初期可取0.45MPa，流冰后期高水位时可取0.3MPa。D1.2大冰块运动作用在桩柱上的冰压力可按下列各式计算。1)作用于前缘铅直的三角形墩柱上的动冰压力可分别按式(D2)和式(D3)计算，并取其中的小值。Fi2=mfibbδi(D2)(D3)式中：fi2——冰块切入三角形墩柱时的动冰压力标准值，MN；fi3——冰块撞击三角形墩柱时的动冰压力标准值，MN；m——墩柱前缘的平面形状系数，可查表D1取值；fib——冰的抗挤压强度，MPa，流冰初期可取0.75MPa，后期可取0.45MPa；b——墩柱在冰作用高程上的前沿宽度，m；γ——三角形夹角的一半，度。表D1形状系数m值表平面形状夹角为2γ的三角形矩形多边形或圆形45°60°75°90°120°m0.540.590.640.690.7710.92)作用于前缘为铅直面的非三角形独立墩上的动冰压力可按式(D2)计算。D1.3动冰压力的作用分项系数可采用1.1。D2静冰压力D2.1水库冰层升温膨胀时水平方向作用于坝面或其它宽长建筑物上的静冰压力标准值Pi(kN/m)可按表D2取值。表D2静冰压力标准值冰厚δi(m)0.40.60.81.01.2静冰压力Pi(kN/m)85180215245280 注：1.表中冰压力值对小型水库和库面开阔的大型平原水库应分别乘0.87和1.25的系数；2.冰厚取多年平均最大值；3.表中所列冰压力值系水库在结冰期内水位基本不变情况下的冰压力，在此期间水位变动情况下的冰压力应作专门研究；4.表中静冰压力值可按冰厚内插D2.2静冰压力作用点取冰面以下1/3冰厚处。D2.3作用在独立墩柱上的静冰压力可按式(D2)计算。D2.4静冰压力的作用分项系数可采用1.1。  附录E(标准的附录) 门叶热空气法防冰冻计算E0.1门叶热空气法防冰冻应采用连续加热。其所需的总功率包括通过门叶钢板向水中传热、通过门叶钢板向冷空气传热和通过门叶保温板向冷空气传热所需的功率，可分别按E0.2～E0.5所列公式计算。E0.2通过门叶钢板向水中传热所需的加热功率P1(kW)：P1=ksw(tc-tw)Aw(E1)式中：ksw——由门叶内部空气通过钢板向水中的传热系数，可取ksw=0.233kW/(m2·℃)；tc——门叶内部空气加热温度，℃，可取tc=0.3｜tk｜；tk——设置地点的最低气温，℃；tw——过冷水温度，可取tw=-0.1℃；Aw——门叶钢板与水接触的面积，m2。E0.3通过门叶钢板向冷空气中传热所需的加热功率P2(kW)：P2=ksa(tc-tk)Aa(E2)式中：ksa——由门叶内部空气通过钢板向冷空气中的传热系数，可取ksa=0.025kW/(m2·℃)；Aa——门叶钢板与外界冷空气的接触面积，m2。E0.4通过门叶保温板向冷空气中传热所需的加热功率P3(kW)：P3=kpa(tc-tk)Ap(E3)式中：kpa——由门叶内空气通过聚苯乙烯泡沫塑料板向外界冷空气中传热的传热系数，kW/(m2·℃)；当聚苯乙烯泡沫塑料板的λ≤0.04W/(m2·℃)，厚度dt≥0.05m时，可取kpa=0.007kW/(m2·℃)；Ap——聚苯乙烯泡沫塑料板与外界冷空气的接触面积，m2；dt——聚苯乙烯泡沫塑料板的厚度，m。E0.5门叶加热电热器所需的总功率P(kW)：P=k(P1+P2+P3)(E4)式中：k——安全系数，可取k=1.2。E0.6门叶加热采用的管状电热器三相负载分配应相等，且均匀布置在门叶结构中间。  附录F(标准的附录)压力水射流法防冰冻计算 F0.1冰盖下水温补给的热流量qH(kW)：QH=0.6QPtw(F1)式中：Qp——潜水泵流量，m3/h；tw——潜水泵放置水深Hp处的水温，℃。 F0.2冰盖下Hp(m)处的水温由实测确定，无实测资料时可采用下列经验公式确定。当HP≤5m时：tw=0.1HP(F2)F0.3水气交界面的全部热流量损失强度S(kW/m2)：S=0.003(1.553E-tk)vw(F3)式中：E——饱和水气压，hPa，可查表F1；tk——当地最低气温，℃；vw——最冷月最大风速，m/s。F0.4补给与损失的热量应满足下式要求：表F1不同温度下的饱和水气压EhPa温度(℃)0-1-2-3-4-5-6-7-8-906.1085.6785.2754.8984.5454.2153.9063.6183.3493.097-102.8632.6442.4412.2522.0761.9121.7601.6191.4881.366-201.2541.1501.0540.9650.8830.8070.7370.6730.6130.559-300.5090.4630.4210.3820.3460.3140.2840.2570.2320.210注：表中温度可取平均最低气温。QH＞kSBL(F4)式中：B——不冻水面宽度，m，可取B=0.5m～1.0m；L——不冻水面长度，m，采用集中布置时，L为全部水道宽度，采用单独布置时，L为单个孔口宽度；k——安全系数，可取k=1.25。F0.5可按式(F4)选择适当流量的潜水泵，其扬程H应大于2倍潜水泵放置水深Hp，且Hp≥5m。F0.6至水面的(或冰盖下面的)射流中心线速度vc(m/s)可按下式计算：vc=6.4v0φ/ht(F5)式中：vc——射流中心线速度，m/s；v0——射流孔出口流速，m/s；φ——射流孔直径，mm；ht——自冰盖下表面起算的射流管放置水深，m。F0.7射流中心速度和射流孔出口流速可分别取vc=0.3m/s，v0≥3.5m/s。按式(F5)计算φ与ht相匹配，可取φ=(3～6)mm。F0.8射流管放置水深Ht宜按式(F5)的计算值在现场进行调试，以确定达到水泡直径最大、化冰效果最好的放置水深，射流管应能随库水位变动而保持其最佳放置水深。F0.9冰盖的融化速度vm(m/h)可按下式计算：vm=0.138(φv0)0.62tw/ht(F6)  中华人民共和国电力行业标准PDL/T5082—1998 水工建筑物抗冰设计规范条文说明 主编部门：东北勘测设计研究院批准部门：中华人民共和国电力工业部   中国电力出版社1998北京  1范围本规范的条文规定包括各类水工建筑物的抗冰冻设计问题，这些冰冻作用主要包括：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堵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)混凝土和圬工结构的冻融和冰胀破坏；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用对水工建筑物的破坏或对正常运行的不利影响。 3总则3.0.1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。3.0.2由于本规范是初次制定，无同类规范作为依据，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。3.0.3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。4基本资料4.0.3本条规定的气候分区仍沿用原(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。4.0.4负气温指数是指一个冻结期内，日平均负气温值的累计值(℃·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。4.0.7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“非冻胀性土”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。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0.005mm～0.05mm，国外多认为在0.02mm～0.074mm之间。但在颗粒含量数值的限定上有较大出入，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(瑞士，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》中规定粒径大于0.1mm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1.5m时属不冻胀；哈尔滨建筑工学院资料提出，对于细砂，当粘粒含量小于1%、粘粒加粉粒含量不大于5%时属不冻胀土；我国GBJ7—89《建筑地基基础设计规范》中规定小于0.074mm的粒径含量小于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的判别标准。4.0.8 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)历年最大冻深观测值的平均值；当水工建筑工程地点远离气象台(站)时，可以查图4.0.8。图4.0.8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，相应的冻胀率即冻胀量与冻深之比≤1.0%，1.0%～3.5%，3.5%～6.0%和＞6.0%。本规范采用以冻胀量绝对值的大小做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；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，在冻胀量档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。5冰冻荷载5.0.1在现有的有关设计规范中，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年对黑龙江省查哈阳灌区的调查，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。5.0.2冰压力的划分方法不尽相同，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升膨胀时产生的压力。5.0.3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，水利部松辽委水利科学研究所等单位。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5.0.3-1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5.0.3-2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，以合力相等和力矩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闸(特别是在深季节冻土区)和一些非承重或护面式结构(如铺盖、护坦板、渠道和坝坡护砌板等)在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。已有的室内试验尤其是野外原型实验(包括目前国内最大的3m×3m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，则单位竖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，单位竖向冻胀力值的大小取决于基础所受的约束力。一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5.0.3-3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。5.0.4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。5.0.5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。 6材料 6.1混凝土6.1.1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，而规定用快冻试验测定的抗冻等级。6.1.2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6.1.2中对温和地区也提出F50、F100的要求。水下、土中、大体积内部的混凝土，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6.1.2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0℃，吸附簿膜水冰点更低，实际上不会冻结。美国T.C.鲍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-1.0℃，降温时常在-5.0℃～-12.0℃开始结冰，在-15.0℃ 时可认为全部或绝大部分可冻水已冻结。我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0℃，冰点则略低于0℃。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+3℃和-3℃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0℃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，根据征求得的意见和考虑到现行规范中所用的月平均气温低于-3℃期间的规定。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6.1.2的注4的规定是考虑最冷月平均气温低于-25℃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原地区等。6.1.31986发现丰满大坝溢流面(阴面)发生了深层破坏。因此作出了本条的规定，以策安全。6.1.5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0.40～0.45，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范的一种改为二种，含气量误差由±0.5%放宽到±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及其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F100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。6.1.6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。6.1.7～6.1.8本条也是对SDJ207—82《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。6.1.9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易使保护层厚度不足。钢筋间距过密或保护层过薄易使保护层不密实。这些都会严重影响钢筋混凝土的抗冻性，故设计中应保证保护层的厚度和密实性。6.1.10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混凝土表层，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月各坝段变位普遍达240mm～280mm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时模板变形所致。直到1986年泄洪时，12#和13#坝段溢流面大量被冲毁，并发现虽然其外层1953年浇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，也就是限制冻胀发展，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。6.1.11本条是总结国内工程经验，并参照美国混凝土学会(ACI)和垦务局的有关文件，对抗冻结构作出的一般要求。混凝土水工建筑物设计，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。国外无论发达或发展中国家一般土木工程表面都不加装修。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。6.2接缝止水6.2.1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，宜尽量作成整体结构。6.2.2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，甚至结构倒坍。因此，缝的结构应能防止渗水。6.2.3～6.2.4本条根据我国经验并参照美国混凝土学会规范制订，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。6.2.5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6.2.5-1和6.2.5-2是对塑料止水片适应低温的性能要求。Ω型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。6.2.6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要有专门保护措施。清洗仓面时要注意检查止水与水平(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。6.2.7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。如图1所示。图1缝的构造示意图(a)不正确构造；(b)正确的构造6.3保温材料6.3.3聚苯乙烯板已广泛用于防止地基冻胀和其它结构物的保温。表6.3.3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。  7堤坝 7.1一般规定7.1.2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1.5倍～2.0倍库内最大冰厚。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泄冰库水位以上3倍～4倍最大冰厚，至于土坝，考虑到冰块沿斜坡的上滑，故加大到3倍～6倍最大冰厚。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0.8倍左右，所以1.5倍最大冰厚约相当于实际为两层堆冰。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壅高水位，有的土坝和蓄水闸因此而发生冰块越过坝和闸门的事故。因此，提出武开江较频繁时宜加大超高。在通常情况下，上述的抗冰超高不致超过校核洪水的要求，易于满足。只是在库容较小、流冰初期水位较高和伴随较大风浪的武开江时，特别是对于坝坡较缓的土坝，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泄冰能力等措施。防浪墙一般不能抗御流动撞击，故规定超高只能算至坝顶。7.1.3当出现冰坝、冰塞和冰洪时，造成的洪峰流量、流冰量和水位壅高远比一般武开江严重得多，一般泄冰措施难于应付，故应作专门调查和试验研究，然后进行适当的抗冰设计。7.1.4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。7.2混凝土坝与浆砌石坝7.2.1低坝在冰推力作用下，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及粘着力，但地方中小工程仍采用摩擦公式。故本条重申这一规定。7.2.2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，二十多年累计上抬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，但由于坝顶二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，桥面混凝土较干燥，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。7.2.3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。7.2.4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。设置密闭保温弹簧门可隔断水汽通道，减小坝内温度应力和坝顶破坏。7.2.6闸门井等各种内部充水的井、管，常是渗水、冻胀和冻融破坏部位，故规定作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。用一般油漆即可防止这种现象发生。7.2.8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。7.2.9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。恒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。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。7.2.10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。7.2.11浆砌石实际上不能起到防渗和抗冻的应有作用。很多浆砌石坝往往在上游砌体内作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。7.3土石坝与堤防7.3.1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，无论是运行中或施工过程中均不得受冻。7.3.2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措施。调查还发现，护坡在土的冻胀和冰推力作用下的膨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4m～6m。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。7.3.3标准冻深大于1.2m和冰厚大于0.6m～1.2m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，但往往不符合实际冰推情况，难于用作护坡计算。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。7.3.4土心墙(斜墙)与防浪墙、齿墙、翼墙的连接面是渗漏的薄弱面。由于混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。7.3.6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入渗水，可起保温作用，防止坝坡裂缝，而且在经济上，特别是对中小型工程是有利的。7.3.7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。7.3.8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。7.4溢流坝与溢洪道7.4.1开江时，冰块最大尺寸几乎可达到全河宽，没有闸墩的自由溢流堰易于适应过冰。必须设闸(桥)墩时，跨度要尽可能大。7.4.2本条是根据过冰试验和经验提出的。水深不足时，加剧冰块对堰顶撞击，并产生挤、卡、壅塞现象。因此，桥下应有足够净空。7.4.3面流能将浮冰送往下游，且不致破坏下游设施。7.4.4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壅积使下游围堰漫水淹了基坑。7.4.5一些小型工程的溢洪、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。7.4.6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坍，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。7.4.7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。7.4.8土基上的溢流堰不允许受竖向冻胀力作用，以免发生向上位移，故规定埋深要大于基础设计冻深。对于岩基上的溢流堰，在一般情况下不致发生冻胀破坏问题，故埋深可在冻深范围内。但为了预防堰底或岩缝内可能存在的水分冻结时发生冻胀，故要作好排水和锚筋。不少水库，冬季常因缺水而处于死水位，甚至更低，使护坡长期暴露，易受冻胀破坏。设计中应足够估计这种情况。7.4.9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0.3m～0.5m。本规范规定不宜小于0.4m，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0.1m，冻融破坏修补厚度最好大于钢筋保护层0.05m以上。这样，若板的总厚度小于0.4m，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为10m～15m，美国和澳大利亚为6.1m～15.2m，东北一些工程为8m～10m。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。7.4.10岩基上泄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荫而成为阴坡。7.4.11土基上的泄槽底板厚度多数为0.5m～1.0m。本规范取不宜小于0.6m。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。7.4.12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。7.5泄洪洞与坝体泄水孔7.5.1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，要在下游作封闭设施或使孔(洞)出口淹没水下。7.5.2过去不少水库采用框架式进水塔，多数受冰推破坏。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。7.5.3当闸后无压段长度小于50m时，将出现7.5.1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。 8取水与电站建筑物 8.1一般规定8.1.1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，如冰凌堵塞、压力钢管受冻和变形等。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。8.1.2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。 8.1.3～8.1.4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。8.1.5输冰运行时，常会在建筑物或弯道等水流变化处形成局部壅塞。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。溢水堰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。8.1.6傍山渠道有时是半挖半填，即使挖方也比较单薄，故防渗必须加强。现有劈崖渠道的临空侧多砌筑浆砌石，不耐冻融作用，故规定其底板与挡墙宜作成整体混凝土或钢筋混凝土结构。8.1.7引水渠形成冰盖后，入渠冰凌量过大会在冰盖下形成倒挂冰、底针冰，从而使过水断面缩小，产生壅冰、壅水或冰塞，危及建筑物的安全运行。例如，西北某水电站在结冰盖后，由于管理不严，使75%～80%来冰凌量入渠，造成长2.5km引水渠在12小时内全部连底冻结，形成冰塞而断流，渠内冰塞滞凌量约达8.8万m3。因此，必须在渠首控制冰凌入渠。8.1.9结合运行实践，拦污栅、导冰筏采用机械、水力排冰后，在栅、筏前尚有一定数量的冰块、杂草存在，须辅以一定的人力进行清理。因此，本条规定在前池整体布置上应设置有一定宽度的工作平台(兼交通桥)。但工作平台只能设在固定式导冰筏上，而不得在活动导冰筏上设置。8.2取水口排冰8.2.1～8.2.2为了输、排冰更顺利，更有利于冬季安全运行，一般要求运行方式采用冬季高水位运行，其作用一方面扩大闸前水域满足输排冰要求，另一方面相应增加蓄滞冰库容。此外，通过实践及试验，在枢纽前凹岸处设置活动导凌筏，可使冰块、冰凌向排冰闸方向流动。排冰闸流速应控制在1.2m/s～1.5m/s。综合使用上述措施可使水面上80%的浮冰块通畅的排向下游。8.2.3根据实测及试验，并参照国内外有关资料，为使冰在渠内上浮，流速应不大于0.7m/s。8.2.4根据新疆地区几十个水电站20多年冬季运行实测资料，并参照下列一些国内外资料，汇总分析而得：1)河北省东蒿村电站：Q耗=(0.6～1.0)Q发；2)冰岛焦塞河伯福尔水电站：Q耗=6Q冰+10；3)前苏联中亚某河：Q耗=(4～9)Q冰；4)加拿大某条河流：Q耗=12.5Q冰；5)新疆各站资料：Q耗=(4～9)Q冰。8.3明渠冬季输水8.3.1渠线上设有弯道时，按以往的规范和常规设计，弯道曲率半径都取水面宽3倍～5倍。实践证明，这样设置的弯道不能形成完整的环流而产生偏流。根据试验及实测结果，为形成完整的环流，使水力条件良好，弯道曲率半径不宜小于10倍水面宽度。8.3.2根据西北地区40多年来与冰害斗争的实践，对于上游无调节水库或远离控制性水利枢纽的径流式电站，在引水枢纽上游或沿渠线充分利用天然洼地修建水库、池、塘滞冰、蓄冰是解决冰塞的有效措施。其水位应比该处引水渠水位低0.2m～0.3m，其主要作用是为了避免冰凌壅塞在库、池塘进口，导致失效乃至损毁进口。8.3.3本章主要从冰凌水力学方面作出防冰冻的设计要求。8.3.4对于有输水、排冰要求的渠道，窄深式可减少水面与大气接触面，减少热交换量，减少底、岸冰的再生条件，使水流通畅，保证冬季运行的安全度。8.3.7本条设计流速系根据多年实测及室内模拟试验，并参照了下列一些国外资料提出的。1)前苏联水工手册新版中提出：结冰盖期期内流速v＜0.5m/s；形成冰盖后渠内流速v=1.2m/s～1.5m/s＜2.0m/s。2)美国《冰工程》提出流速v必须小于0.6858m/s(2.25英尺/秒)。3)麦克拉克兰提出，冰的下潜流速(也称临界流速)值为0.69m/s。 4)阿斯顿提出，v=0.6m/s～0.7m/s作为临界值。8.3.8根据新疆地区几个电站冬季结冰盖运行实测资料及参照国外资料进行对比后，本条推荐比较简化的东北勘测设计研究院提出的公式。有关公式介绍如下：东北勘测设计研究院公式：(1)前苏联水工手册新版A·A·沙巴也夫公式：(2)美国陆军工程师团，凡洛康—萨巴湟也夫公式：(3)式中n——综合糙率系数；n1——渠槽糙率系数；n2——冰盖底面糙率系数；a——a=χ2/χ1；χ1——渠槽湿周长度，m；χ2——冰盖湿周长度，m；c=0.5+y；y——渠槽指数。8.3.9本条是依据已有工程多年运行总结、实测资料及室内水力学试验提出的。8.3.10本条是根据青海香加水电站、新疆玛河四级水电站及新疆金沟河水电站冬季渠水增温运行多年观测资料求得的经验公式。8.4前池排水8.4.1前池布置及结构型式在各地区各工程地点都不尽相同，所以，要根据当地的自然地理条件结合冬季运行要求，因地制宜选用。8.4.2以往在前池容积的设计中，未计入在冬季正常水位运行时冰盖所占有的容积，因而导致前池超高不够而漫顶失事或强制降低正常水位运行而损失大量电能。因此，前池容积应计入冰盖所占容积。尤其是有侧堰布置的前池型式，除符合8.4.11条规定外，尚应加设一定的附设工程设施。8.4.3通过这几年来对引水式水电站的防冰害的调研发现，各地区前池的布置型式繁多。为统一名称，本条进行系统归纳定名。各种布置型式见图2。从效果来看，其中以双层式最佳。 图2前池引水、排冰布置示意图(一)(a)正向排冰正向引水；(b)正向排冰侧向引水图2前池引水、排冰布置示意图(二)(c)弯道排冰正向引水；(d)弯道排冰侧向引水8.4.4 通过实际运行证明，排冰闸和引水渠中心线布置在一条直线上时，水流非常平稳，闸前无回流和漩涡。反之，闸前流态比较紊乱，出现回流、漩涡、水流顶托等现象，导致闸孔出流流速分布极不均匀。8.4.5为了使水流平衡，满足浮水(凌)沉沙的流速要求，在排冰闸前设置缓流渠段能起到浮冰、排砂作用，其长度不宜太长或太短。太长时，由于水力排冰、排沙能力的影响长度有限，排冰、排砂效果不理想。太短会影响侧向进水口的水流流态。经过实测结合模型试验，其长度一般控制在20m～40m范围内为最佳，其断面型式以宽度与排冰闸等宽的矩形为好。8.4.6为了减少入渠冰量，在进水闸前缘应设置活动或固定的导冰筏。其潜没深度与冰块厚度有关。西北地区一般冰厚在0.8m～1.2m，故本条规定采用潜入深度为1.5倍～2.0倍冰厚为宜。8.4.7以往寒冷地区尤其是西北地区已兴建投产的引、排系统中，其变断面的衔接段都紧靠闸体，长度也较短。因而，在闸前均出现回流漩涡区，易形成冰塞、冰堵及闸孔出流不均，导致排冰效果较差。本条规定是依据实测结合室内整体水力学模型试验提出的。8.4.8～8.4.9通过西北地区某典型电站进行整体水力学模型试验后获得。8.4.11侧堰一般是为电站丢负荷时弃水而设，但在严寒与寒冷地区冬季运行时兼起排冰凌作用。其布置型式一般为直坎式(跌水式)、溢流堰式(实用堰、宽顶堰等)。为使冰块顺利排出，不发生卡堵现象，本条针对溢流堰式侧堰的排冰提出对水位和坝顶结构的要求。8.4.12常规的泄水渠主要为电站弃水服务，但严寒地区还要结合排冰、凌，故本条对泄水排冰渠道提出相应的要求。8.6露天压力管道8.6.1西北地区钢筋混凝土露天压力管道一般采用覆盖式，如覆土、暖棚、暖房、芦苇等。这种方式保温方法比较经济也可靠。8.6.2冬季不运行的露天压力钢管应排空管内存水，否则将导致钢管因冰胀破裂。8.6.3从目前国内调研结果看，本条规定的是露天压力钢管保温的最佳方法。其中的保温层厚度计算是半经验公式。8.6.4本条为一般水轮机厂的允许条款。8.7地面厂房与泵房8.7.1厂(泵)房，特别是抽水站的泵房若布置在高边坡和地下水位高的地段往往因土坡的强烈冻胀、滑坡，危及泵房，管道发生上抬变形。这种事故曾在东北一些工程中发生。积雪深的地段，特别是有雪崩危险的地段将对厂(泵)房产生过大的雪荷载。8.7.2泵房的出水池常常是泵房及其附近地下水位壅高的一种原因。因此，除作好排水外，冬季不运行时，出水池与相连渠道都应能放空。8.7.3不少中小型厂(泵)房外墙地下(水下)部分使用浆砌石，冬季受冻破坏严重，故规定应采用钢筋混凝土结构。8.7.5一般中小型工程的厂(泵)房设计只有土建结构设计，而无采暖保温设计。这是造成冬季受冻，出现问题的原因。因此，规定应考虑采暖保温设计，而且力求经济、节能。例如，对于冬季不运行而需采暖的中、小型厂(泵)房，往往不易做到冬季采暖，而且目前有采暖的也多用煤炉，既不经济又不安全。因此，有条件时可考虑采用温度继电器自动起停的电热系统。这样，即使远离居民点，由一人值班定期照料即可，既经济又有效。8.7.6运行经验表明，厂(泵)房室内温度一般不必过高，适于工作人员巡回检查即可。只是在长期有人工作的部位才需较高的室温。风、水、油、电系统采取局部采暖常比一般采暖容易解决结霜、结露、潮湿和管路冻结等问题，所需电量也不多，比锅炉有效。8.7.7本条是综合了东北一些小型电厂和泵房的运行经验提出的。8.7.8冬季不运行的厂(泵)房，室内渗漏水位常与四周地下水位或尾(进)水水位齐平。冬季结冰冻胀可能危及楼板梁系。如果板梁位置高于冰面，则无此问题。8.7.9压力管道镇墩、支墩往往因埋深浅，在地基土冻胀作用下上抬，造成管路过量变形。因此，应根据地基土的冻胀性，采取加大埋深、覆土保温、换填地基等措施防止它们的冻胀上抬。 9渠道衬砌与暗管  9.1一般规定9.1.2渠道线路的选定受多方面因素的制约，抗冻胀仅是其中之一。已有的大量观测和试验证明，当渠底高程与冻前地下水位的距离大于地下水对冻结层无显著影响的临界值Z0(见表1)和渠道基土冻前含水量不大于塑限含水量加2%时，渠道衬砌不会有冻胀的危害。因此，从防止冻害出发，在选线时，在综合考虑各种因素的条件下，尽可能使渠道线路避开高地下水位地段是适宜的。表1Z0值表土类粘土重、中壤土轻壤土、砂壤土砂Z0(m)2.01.51.00.59.1.3基土的冻胀力是一种体积力，渠道衬砌较薄，采取抵抗性措施难以达到防冻害的目的，而从适应、回避、削减或消除冻胀等方面选用措施，较为经济合理。我国北方地区大量实测资料证明，当渠道土的冻胀位移值与衬砌允许位移值相差不大时，可通过适应冻胀位移的结构措施解决。当位移值与允许值相差过大时，应采取回避、削减或消除冻胀的措施解决。衬砌渠道是一种线路性工程，沿渠的土质、水分补给条件和渠道走向往往有较大的变化。土、水、温是形成冻胀差异的基本因素，对不同冻胀量的渠段应采用不同的抗冻胀措施，因此，砌结构抗冻胀稳定性验算，必须根据渠道的土、水、温的变化情况分段进行。9.2衬砌结构抗冻胀稳定性要求9.2.1衬砌渠道的冻害，主要原因是渠床土冻胀造成衬砌体过大变位，而衬砌体普遍具有体积小、自重轻、所受约束力小等特点，难以抑制冻胀力而遭破坏，故取允许法向冻胀位移值为控制指标。允许法向冻胀位移值是指衬砌板在冻胀融沉作用下，不产生累积冻胀或残余位移的允许值，产生此值时渠道衬砌仍能满足设计和正常运行的要求。渠道衬砌结构的允许冻胀位移值与衬砌板块的大小、衬砌板块间的约束程度、衬砌板与基土间的冻结力、冻胀不均匀和渠道边坡基土的稳定性等有关。多数研究单位认为用允许法向冻胀移值作为抗冻胀设计的控制指标，是当前一个比较简单而实用的方法，表9.2.1中的允许法向位移值是综合我国北方各地的试验观测成果提出的。在编制过程中，也曾考虑了另一重要控制指标，即“不均匀冻胀系数”，但因确定定量指标的依据尚不够充分而暂未作规定，有待今后继续积累资料加以改进、修订。9.2.2同一断面的不同部位，有不同的冻胀位移量，为节省工程投资，可采用不同的抗冻措施。在按附录C计算衬砌渠道的冻胀量时，因衬砌板自重不大而且无外荷载，为安全计，除特殊情况外，可不考虑衬砌板重量对冻胀的影响，即αp=1.0，取基土的冻胀量作为衬砌结构的冻胀位移量。9.2.3冻结期渠内有冰(水)的渠道，不论衬砌体是起防冲或防渗作用，也不论当地地下水位埋深如何，均应把冰(水)面视为地下水位补给面。在冰(水)面以上一定高度范围内，渠道边坡的冻深一般是一个由小到大变化值，为计算方便和安全计，本条规定在冰(水)面以上1.0m范围内，以冰(水)面为地下水面，采用Zwi=0计算冻深。在冰(水)面以上0.5m范围内渠道边坡的冻胀是很强烈的，在此范围内，结冰渠道最大冻胀位置偏下，冬季行水的渠道最大冻胀位置偏上，为安全和简化计算计，本条规定在计算冻胀量时，在此范围内皆取Zwi=0。9.3衬砌结构9.3.1多年的工程实践说明，当渠床土的冻胀性属Ⅰ、Ⅱ级时，按本条规定的结构措施即可以满足抗冻胀的要求。本条中的1)款是以适应冻胀变形为主的结构措施，2)款是利用结构受力特点，兼有抵御和适应冻胀变形两种能力的结构措施，3)款是利用空气保温以削减渠床土冻胀量的结构措施。9.3.2渠床土的冻胀性属于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级时，基土的冻胀量基本上都超过衬砌结构的允许位移值，因此，对抗冻胀的要求较高，故对结构形式和消减冻胀方面作出规定。其中1)款是适应冻胀变形为主的结构措施；2)款是削减渠底冻胀作用，限制槽侧回填土高度是兼具削减和回避冻胀作用结构措施；3)款属于回避冻胀措施，可彻底消除冻胀，但造价高、工程量大，宜慎用；4)款、5)款是考虑大、中型渠道较重要而提出的综合性措施。 9.3.3衬砌渠道分缝是渠道衬砌结构适应、削减冻变形的关键措施。渠道衬砌板(块)的隆起架空是冻胀破坏的主要型式之一。已有的现场试验观测发现，渠道边坡冻胀时发生坡长缩短是产生这种现象的一个原因。因此，要求沿渠道周边的分缝要有一定的宽度和适当的间距，以便通过缝宽的调整满足缩短量，防止板块间相顶而造成的隆起架空现象。本条中规定的缝型、纵宽和缝的间距是根据国内外工程实践经验提出的。纵向缝数可参照本条规定的纵缝间距和缝宽尺寸范围、依据渠周冻胀后的几何缩短量按式(4)试算确定，渠周冻胀后的几何缩短量可根据渠道断面尺寸和冻胀量分布情况通过计算求得。有的单位提出估算纵缝数的如下经验式，据此确定缝距的方法，可供参考。n≥ΔL/(Δb-15)(4)式中：n——纵缝数；ΔL——渠周几何缩短量，mm；Δb——缝宽，mm。9.3.4本条中填缝止水材料性能的要求是保证夏季最高气温且受阳光直射下不流淌，冬季最低气温下仍具柔性，能适应上述渠坡长度冻胀变化时缝宽的伸缩变化而提出的。9.4冻胀土基处理9.4.1用非冻胀性土置换冻胀性土是消减渠道冻胀的良好措施，但渠道线长，置换工程量大，因此，从经济上考虑，这种方法一般只适用于当地或附近有较丰富的非冻胀性土条件，而且应保证置换层在冻结期不饱水或有排水出路和防止在使用期间受细颗粒淤塞，导致冻胀。9.4.2本条是通过降低渠床土的含水量以削减冻胀的措施，也是保证置换层能有排水出路的办法。采用本条措施的关键是彻底掌握当地的水文地质资料，搞好排水设施(盲井、暗管、反滤体等)的设计，并能保证其长期正常工作。9.4.3用聚苯乙烯硬质泡沫板进行保温，削减或消除渠床土冻胀，具有施工简易，效果明显等特点。保温板的厚度，大型渠道应通过热工计算确定；对于中、小型渠道，可按10mm厚的保温板(其性能满足工程要求)可减少100mm～150mm冻深估算，这个比例是通过热工计算和实际工程验证过的，可满足工程实用要求。9.5渠坡稳定9.5.1土质渠道或以土石料护面的埋铺式膜料防渗渠道的边坡常常因基土冻融作用在春融期间发生滑坍，以致实际存在的稳定的断面形式大致都是弧形、弧底形梯形、弧形坡脚梯形，其宽深比都大于1，所以本条作出相应的规定。9.5.2渠床属强冻胀性的大、中型土质渠道，在融化期，坡面表层融化后，土体中的水分不能渗入尚未融化的冻结层而滞留在冻融交界面，形成抗剪强度很低的超饱和土层，致使融化土体沿此界面下滑，并出现逐层下滑塌坡。为防止边坡在融化期出现这种滑塌，本条规定应进行边坡稳定性验算并在必要时采用换填、排水、支挡等综合性工程措施。9.5.3本条规定的措施，曾在内蒙古和吉林省试用，都取得良好效果，是一种兼起换填、排水、支挡作用的综合性工作措施。9.6暗管9.6.1冬季通水的暗管(渠)埋在冻层内，可能因冻胀和融沉产生过大的变形，也可能因管(渠)内的水结冰影响通水甚至管道胀裂，因此，其埋深应大于设计冻深。但是，如果在当地条件下，例如冻胀很小、水温较高等，不会发生上述问题，则可通过论证适当减小埋深。9.6.2管道的冻胀破坏主要取决于管道周围及其下部土的冻胀大小，故除了当地总冻胀量外，冻胀沿深度的分布情况是确定管道埋深的重要条件。由于冻胀沿深度的分布因各地条件不同而异，往往很难全由实测确定，故本条中对无实测资料时按冻胀沿深度基本呈均匀分布的情况提出不同冻胀级别下的埋深要求。9.6.3本条是为避免埋在冻层内的管道冬季存水，特别是满水时可能因结冰冻坏而规定的。9.6.4井管的冻拔可能破坏接头，故不允许冻拔。抗冻拔措施是要消减冻切力。例如在冻层范围内的井管表面作成尽量平滑或作表层处理：涂黄油、沥青、工业凡士林以及油与蜡的混合物，并包以塑料薄膜或玻璃丝布油毡；设双层油套管等。  10闸涵建筑物 10.1一般规定10.1.2闸涵建筑物的选址除按常规选址条件外，还要考虑影响地基土冻胀和冰凌作用的因素，包括工程地点的标准冻深、设计冻深、冻胀量和地基土的冻胀性级别。选址时宜避开冻前地下水位高、有侧向地下水补给的地点，也宜避开粉质土地基和山阴面、武开江的河段等。这样，可以减免地基土的冻胀和冰压力作用，也可以尽量不采取人工地基，从而有利于建筑物的抗冰冻稳定。10.1.3由于闸涵建筑物各点的高程、朝向和土质等不同，地基土的冻深和冻胀量不同，因此，要选择典型断面进行计算。图3是设计控制断面上计算点的选择和设计冻深线、冻胀量线示意图，可供设计参考。1—计算点；2—设计冻深线；3—地表冻胀量线图3设计控制断面计算点、设计冻深线、地表冻胀量示意图10.1.4本条依据地基土冻胀性类别和闸涵建筑物级别，分别对基础埋深作出规定的目的，是为了确保高级别建筑物和冻胀量大的地基上的各级建筑物的竖向抗冻胀稳定性。低级别和地基冻胀量小的各级建筑物，其基础埋深虽小于基础设计冻深，但其冻胀量一般均在允许范围内，可通过位移验算确定其抗冻胀稳定性。由于低级别建筑物多，尺寸又小，不硬性规定其基础埋深在经济上是合理的。10.1.5采用开敞式过冰设施，有利于大冰块顺利排泄，减免闸前壅冰现象。对于大型工程，泄流和泄冰要求都高，冰流量又大，冰情条件比较复杂，因此宜通过整体水工模型试验确定满足过冰条件下的工程布置和流态，以免发生类似某些工程曾出现过的壅冰问题。10.2结构与布置10.2.1～10.2.2近年来的抗冻工程实践证明，涵闸工程的布置与结构是影响建筑物抗冰冻实效的关键要素。三北地区大量涌现的集中点(线)式布置和整体式、柔性结构(例如一字型闸、U型闸整体式结构、倒T型结构和柔性护砌等)，经工程实践验证，都具有较好的抗冻胀效果。10.2.3大中型水闸岸墙结构有直墙式和斜坡式。有的水闸采用直立式岸墙，而翼墙做成河岸护坡型式。由于冬季斜坡底板大部分露出水面和地基土冻胀而使两岸斜坡面出现大量平行于水流方向的裂缝，对侧向防渗极为不利。因此，在有冻胀作用的情况下，宜首先选用直墙式。边墩直接挡土时，在土压力或水平冻胀力作用下均可能发生变形而影响闸门操作。边墩和底板也产生较大的弯曲。此外，闸室受两个方向的水平力作用也加大了闸身的不均匀沉陷。从相邻分部工程的基底压力差来看，闸底板的基底压力小，而岸墙在填土压力作用下基底压力大，因此，对于易发生不均匀沉陷的软基，在它们之间宜设沉陷缝。将闸室与岸墙分立，在边墩后面设置轻型岸墙，可减小相邻分部工程基底的压力差。10.2.4铺盖板的厚度较薄，抵抗变形的能力较差，当冬季暴露时，在冻胀力作用下易受破坏。减小分块尺寸可以增大刚度，但分块过小时分缝又过多。因此，要合理分块。本规定是根据实际工程调查提出的。10.2.5 本条是为了防止春融期间闸门挡水时底板与基土接触面可能发生的渗流破坏。但齿墙深度不宜过大，否则对冻胀上抬的底板复位不利。10.3稳定与强度验算10.3.1近年来，大量竖向冻胀力的研究成果表明，相同冻胀性级别、相同冻胀条件的地基中，单位竖向冻胀力值随基础板面积的增大而减小。当基础板大于2万cm2后，单位竖向冻胀力值渐趋于常值。当基础板(或载板)面积小于2万cm2时，国内外众多研究单位的实测结果相差数十倍。参照上述结果，同时考虑到水工建筑物基础的构造要求，本条对适用面积做了限定。实测数据还表明，当基础板面积相同时，单位竖向冻胀力随基础周边长度的增加而增大。但当矩形基础板短边长度大于2m时，其形状(如矩形和圆形)对冻胀力的影响已很微小，故本条对基础板的短边尺寸适用范围也做了限定。10.3.2～10.3.3涵闸基础在冻胀力作用下的破坏形式大体为：累积性不可逆水平位移或倾斜；基础底面土层淘空甚至倒坍；基础板不均匀沉陷和开裂；累积性不可逆竖向位移并导致基础架空、倾斜、开裂。本条对上述四种破坏类型分别作出了验算水平抗滑稳定、渗透稳定、基础底面应力分布、竖向抗冻胀稳定的规定。当基础埋深大于基础设计冻深时，不存在基底的竖向冻胀力，但仍有基础侧向的切向冻胀力存在。因此，要考虑切向冻胀力对建筑物的上抬作用。当基础埋深小于基础设计冻深时，则还有竖向冻胀力对建筑物的上抬作用。因此，首先要考虑这两种情况下可能发生的竖向冻胀位移不超过允许值。当不允许发生竖向位移时，应满足向下的阻力大于向上的冻胀力的条件。在有冰压力和(或)冻胀力作用的情况下，闸室基底的地基应力要比常规设计情况复杂。此时，有切向冻胀力、边墩与岸墙结合在一起时的水平冻胀力对闸室基底的应力产生作用，使基底压力分布很不均匀。当闸室基底压力最大值与最小值之比过大时，将会导致基础板发生过大的沉降差，使闸室结构发生倾斜、变形，甚至断裂。因此，要求验算冰压力和(或)冻胀力作用下基底压力的最大值与最小值之比，该比值不应大于常规设计的允许值。冰压力的作用主要是指动冰压力作用，因为闸门不允许承受静冰压力。但在现有的实际工程中，往往仍承受静冰压力。因此，尽管规定不允许承受静冰压力，在设计中也还要适当考虑可能出现的不正常情况，故本条中未明确规定只计动冰压力的作用。动冰压力的作用一是对闸墩的撞击力，二是对闸体稳定的影响。在实际工程中曾发生过因闸基发生冻胀，融化期抗剪强度和抗渗能力降低，当渠道放水和闸门挡水时闸基被淘，导致垮闸的事故。因此，在验算闸体抗滑稳定和渗透稳定性时(特别是融化期挡水水位较高的情况下)应注意闸基和边墩侧因土的冻融可能产生的抗剪强度和抗渗能力降低的问题。但是，由于地基土融化时的抗剪强度变化较大，当土中含水量无很大变化时，强度降低幅度较小；含水量变化大时，强度降低幅度较大；如果上层融土下有冰夹层形成光滑的滑动面时，强度往往降低一个数量级。但后一情况在有一定埋深的基础板下很少见到，一般可不考虑。由于情况变化多，目前实测资料又较少，因此，还难于规定定量值，只能根据具体情况确定，主要还是要在设计中采取结构措施。10.3.4根据中国科学院兰州冰川冻土研究所、黑龙江省水利科学研究所、黑龙江省低温建筑科学研究所、水利部松辽水利委员会科学研究院、吉林省水利科学研究所和日本北海道开发局等各家的室内外试验资料和成果，通过综合分析得出：当约束土体冻胀的基础沿冻胀力作用方向发生位移时，冻胀力依据基础位移量与地表自由冻胀量的相对比例，呈指数规律衰减。因各种冻胀力都具有沿冰晶增厚方向作用的性质，因此，冻胀力衰减系统数mσ的定量方法也适用于水平冻胀力和切向冻胀力。本条中基础厚度影响系数α0是根据上述各家基础板下冻结面基本是平面的野外实测数据归纳得出的。国内外大量实测资料和成果说明，当基础板因基土冻胀而产生变位时，竖向冻胀力呈指数规律衰减。闸涵基础板允许产生可复位的限定位移可减小冻胀荷载，降低工程造价。表10.3.4给出的基础允许冻胀竖向位移值，是根据建筑物的类型、功能、结构要求和材料特性等综合因素选定的。对于1、2级水闸，考虑到工程的重要性规定不允许产生冻胀位移。由于它们的埋深和上部荷载较大，一般易于满足这一要求。对于3、4、5级闸、涵，则提出允许不同的冻胀位移值，这对减小冻胀荷载和降低工程造价都是有利的。 单位竖向冻胀力标准值是在基础设计冻深厚度内且基础无位移时产生的竖向冻胀力值。对允许发生竖向位移的基础，同时进行竖向位移和厚度影响修正；对不允许发生竖向位移的基础，则仅进行厚度影响修正，即取mσ=1.0。本条中的竖向冻胀力标准值和分项系数是根据GB50199—94《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的要求确定的。在进行稳定与强度验算时，竖向冻胀力作用设计值为二者的乘积。10.4抗冻胀措施10.4.1本节规定了置换法、回填压实法、强夯法和保温法四种主要工程措施的技术要求。其它结构措施，例如采用一字型闸代替开敞式闸(减少基础与地基的接触面积、增加基础荷载)，采用锚固底板或反拱底板(抵御冻胀结构)，采用筛网消能代替消力池(架空结构)，采用枕梁式浅埋基础(适应变形结构)等已经大量工程实践证实有效的方法，本条未予详述。因结构措施只是改善了建筑物的抗冻胀能力，故在有条件时，宜同时采用综合措施。10.4.2置换法是基础防冻胀技术中常用的同时也是失败率较高的措施之一。究其原因，一是对此方法的适用范围和条件掌握不当；二是置换后材料周围反滤层失效，在长期运行中受周围原状土中细颗粒“淤塞”而改变了置换基土的不冻胀性；三是置换料未达到标准要求和施工不良。因此本条规定了采用置换法需注意的要点。10.4.3用回填压实法或强夯法提高粘性土(非粉质土)地基密度以降低其冻胀性，是最简单易行的工程措施之一。黑龙江省水利科学研究所通过长达八年的大量室内外实验和工程实践查明：当粘性土(不包括粉质土)饱和度一定时，随土体干密度的增加，冻胀性呈指数规律降低。实测资料还证明，在较小外荷载下(≤10kPa)，当回填的干密度不小于1580kg/m3时，地基土的冻胀量只有地表原冻胀量的3%～8%。鉴于中、小型涵闸的自重一般比较小，本条将回填压实土的最小干密度确定为1650kg/m3。10.4.4根据华北、东北部分地区的实测资料归纳，湖泊和水库中的冰层厚度一般是当地基土冻深的0.5倍至0.6倍。考虑到闸涵建筑物的保温水层较薄且易受周侧冻结的影响，故本条取保温水层厚度应大于当地的平均最大冰厚。聚苯乙烯泡沫塑料板的厚度经验系数，是根据多年室内外实测资料归纳得出的。对水平加宽和垂直加深铺设尺寸的规定是为了达到建筑物基础水平投影范围内的基础下土层不产生冻结的目的确定的。 11挡土墙 11.1一般规定11.1.1由于作用在挡土墙上的水平冻胀力值随着墙体变形而减小，因此，挡土墙身应优先选用允许变形量大的结构形式。在平面布置上，例如闸涵等建筑物的侧墙与翼墙之间如果用直角连接，在两向冻胀力作用下，墙角处将出现较大的集中拉力，因而产生裂缝，甚至断裂，这已被许多工程实例证实。因此，宜采用圆弧形连接。总水平冻胀力的大小与墙后填土高度直接有关，因此，在可能的条件下应尽量减小墙后的填土高度，同时采取防水、排水措施，尽可能减少渗入土中的水量。选用扩大式条形基础，有利于减少基础工程量，而且可利用冻胀反力提高挡土墙的垂直抗冻胀变形的稳定性。本条对挡土墙的结构形式和布置所做要求的目的是避免或减少冻胀力对建筑物的作用。11.1.2本条按地基土的冻胀性级别对挡土墙埋深做限定的目的是避免挡土墙在冻胀量较大的地点受竖向冻胀力作用而产生开裂，过大倾斜或倾覆，确保挡土墙抗冻胀稳定性和结构强度。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级冻胀性的地基上冻胀量和竖向冻胀力均较大，一般建筑物不易承受，而且，当冻结地基融化时，墙趾处地基土先融化和强度降低，从而发生墙身前倾乃至倾倒。因此，建在这几级冻胀性地基土上的挡土墙基底深度不应小于基础设计冻深，即墙基下的地基土不被冻结。11.1.3墙体基础布置在土质均匀的同一高程上，不仅可以减少地基的不均匀沉陷，而且可减少不均匀冻胀对墙体的破坏作用。11.1.4暖土条件下的挡土墙，设置排水孔是为了减少墙的水压力以达到减轻设计荷载的目的。从抗冻胀角度出发，设置排水孔，排除地下水和表层土中滞水，有利于疏干墙后土体，减小墙后土体冻胀量。当墙后土体的冻胀性为Ⅰ、Ⅱ级时，按暖土设计的挡土墙排水孔一般可满足要求。当墙后土体的冻胀性为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级时，为增大排水效果，以设置排水带与墙体排水孔连通为宜，这样能较好地起到降低墙后地下水位和土体冻胀量的作用。 11.1.5挡土墙与冻土接触面平整光滑，可以减少切向冻胀力的作用。沥青层除减少冻胀力外，还可防止水分侵入墙体引起的冻胀破坏。11.1.6当挡土墙基础埋深小于基础设计冻深时，基底竖向冻胀力、水平冻胀力、基础侧面切向冻胀力同时存在。就挡土墙而言，切向冻胀力不是主要控制指标，而且目前还存在取值上的困难，故一般可只考虑前两种力的作用。11.1.7见10.3.3条说明。11.2水平冻胀力标准值的计算11.2.1墙后的土体受来自垂直地表和墙体两个方向负气温作用而处于双向冻结状态。由于冰晶的增长方向垂直于等温线，因此外露墙体的高度和厚度均直接影响到水平冻胀力沿墙高的分布形式。目前已有的试验研究资料基本上是在墙高均未超过5.0m和墙基础埋深一般大于0.5m的薄壁式挡土墙条件下取得的，因此，规定本节的计算适用于标准冻深大于0.5m，墙前地面至墙后填土顶面之间的高度小于或等于5.0m的薄壁挡土墙。11.2.2多年来，国内有关单位进行过不少挡土墙水平冻胀力的观测研究，例如黑龙江省水利科学研究所在哈尔滨试验场的实体和模型挡土墙，吉林省水科所和松辽委水利科学研究所进行的东阿拉和大安屯两处锚定板挡土墙工程，松辽委水科所作的长春地区西新和向阳模型挡土墙，黑龙江省水利设计院的巴彦县东风水库挡土墙和铁道部西北研究所风火山冻土站现场实体挡土墙和模型挡土墙。这些挡土墙的高度范围为1.6m～4.6m，分析这些试验和观测所得的80组资料说明，在墙顶一定范围内不存在冻胀力或很小，最大单位水平冻胀力出现在墙前地面高程以上一定高度处，水平冻胀力沿墙高的分布多数呈近似三角形。因此，为简化计算，对水平冻胀力的分布，采用与实测压强图的冻胀力矩平衡和合力相等，最大单位水平冻胀力作用点不变的原则，并考虑墙前冻土压力后，线性简化为图11.2.2的三角形单位水平冻胀力压强分布图。11.2.3～11.2.4本条中的水平冻胀力标准值系按上述三角形分布算得的合力值，是根据《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的要求确定的。水平冻胀力的作用设计值应取其标准值与分项系数的乘积。墙体变形将使单位水平冻胀力值减小，墙背坡度的改变将对水平冻胀力值产生影响。因此在式(11.2.3-1)水平冻胀力标准值计算中加入了边坡修正系数和墙体变形影响系数。表11.2.3-1中的边坡修正系数是参照日本北海道开发局土木试验所《1979年度渠系建筑物冻害防治措施研究报告》中的试验成果给出的。黑龙江省低温建筑科学研究所、黑龙江省水利科学研究所、中科院冰川冻土研究所、吉林省水利科学研究所和日本北海道开发局等国内外试验资料表明，当约束土体冻胀的结构沿冻胀力方向发生位移时，冻胀力将按指数规律衰减。式(11.2.3-2)是用上述各家相对变形量与冻胀力衰减关系的外包线得出的。式(11.2.3-2)中的允许水平位移值(SH)是根据TJ10—74《钢筋混凝土结构设计规范》悬臂构件的允许挠度确定的。根据现有的试验结果，以挡土墙后回填土的冻胀性级别为划分标准，分别统计出了最大单位水平冻胀力高度系数β和非冻胀区深度系数β′，其平均值见表2。为安全起见，正文的表11.2.3-2中非冻胀区系数取统计所得的小值。表2实测β、β′的统计平均值墙后土冻胀性分级ⅠⅡⅢⅣⅤ最大单位水平冻胀力高度系数β 0.150.290.480.51非冻胀区深度系数β′ 0.280.310.090.12 11.3抗冻胀措施11.3.1因挡土墙后置换的非冻胀性土的粒径较粗，渗透性较强，在采用置换措施时，应注意满足渗径要求。挡土墙后置换范围是按压强分布图形并考虑砂石料的冻结深度较粘性土一般可增加20%而确定的。11.3.2在挡土墙后沿墙体迎土面铺设保温材料的单向保温方式可以减少土体的冻深。当保温层达到一定厚度后，墙体方向可呈绝热状态，使墙后土不致因来自墙体的负气温作用而冻结，从而原来的双向冻结状态改变为只有垂直于墙后填土表面的单向冻结状态。但是在工程实践中不易达到这样的理想目的，故本条限定了单向保温方式的使用范围。双向保温方式可更有效地削减或消除挡土墙后土的冻胀，但造价较高，故提出适用于墙后土的冻胀性属Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的条件。  12桥梁和渡槽 12.1一般规定12.1.1在标准冻深小于1.0m或土的冻胀性属Ⅰ、Ⅱ级时，一般桥梁和渡槽桩的抗冻拔力均大于冻拔力。实际工程调查亦未发现在上述条件的地区有桩基冻拔造成的破坏现象。因此，作本条的规定。12.1.3桩基础每排桩的根数是根据承载力和抗倾覆要求确定的。桩的根数愈少，总切向冻胀力愈小，而作用于单桩上部的荷载愈大，按承载力的入土深度也相应增加；桩径愈小，总切向冻胀力亦愈小。所以，减少桩的根数和桩径，对抗冻拔十分有利。因此，本条规定冻土地区的桩基宜尽量减少桩的根数和桩径。单根桩能够满足要求时，不宜采用双桩，双桩能够满足要求时，不宜用多桩。12.1.4建筑在河(渠)道中有过冰要求的桥梁和渡槽，在行冰期，冰块将对其桩(柱)基础产生冰压力。当基础阻滞冰块的下泄时，可能形成冰堵，抬高上游水位，甚至造成上游河(渠)水漫堤或危及桥梁和渡槽安全。为避免或减小动冰压力，并使冰块平顺下泄，增大单跨宽度是有效的。12.1.5河(渠)床冲刷改变了基础的埋设深度，特别是对于埋深较小的扩大板式、排架底梁式和墩式基础。若考虑冲刷影响不够，冬季土的冻结深度往往达到基础底面以下，从而产生对基础底面的竖向冻胀力。这对建筑物的安全是极不利的。12.1.6桩柱基础常设置横系梁来增加整体刚度。但是，在寒冷地区若横系梁设置在冻(冰)层内或过于接近地(冰)面，在地基土冻胀时，将承受很大的法向冻胀力，使基础上抬或拉断。本条中40cm距离的规定是以一般地面冻胀量不超过40cm作出的。有些排架基础桥，在设计时因对冲刷深度估计不足，或施工时埋深不够，工程运行后因冲刷而使底梁进入冻层。此外，当发生淤积时将缩小地面与地上横系梁的距离，这些都将因土的冻胀造成危害。因此为了防止这些现象的发生，设置横系梁时应考虑冲刷和淤积影响。12.1.7渡槽的进出口段与槽身的联接处常常因基土冻胀而发生错位，造成漏水，乃至使结构破坏。所以，设计时要按第10章和6.2的要求，做好进出口的抗冻胀设计和接缝止水。12.2基础结构12.2.1吉林省桩基冻害调查结果表明，冻拔破坏工程中多数是由于冻深范围内桩壁粗糙和存在大突出体所致。减小冻土层内桩壁的糙度，可以大大减小基土与桩壁之间的冻结力，利于基土冻胀过程中沿壁剪移而使冻胀力松弛。灌注桩基础在施工中，地面以下一定深度内由于水压小而成孔性差、经常出现塌孔现象，使基础不但糙度大，而且形成不规则凸体，加大冻拔力。为防止这类现象的发生，减小冻拔力，在冻深范围内设置套管是简单有效的。12.2.2扩大式基础、排架式基础和墩台基础施工中都要开挖基坑。如果地下水位较高，开挖、排水的工程量较大，施工困难，工程造价将随之提高。所以，在设计时，要根据施工条件进行经济比较，选择适宜的结构型式。扩大式基础、排架式基础的底板和底梁置于冻层下面，对抗拔起锚固作用。如果埋置深度不足，河底冲刷后锚固底板或底梁进入冻层，则不但基础的锚固作用失效，而且将受基底法向冻胀力作用。实际工程中有不少此种破坏实例。因此，冲刷深度较大的河床不宜采用，特别是冲刷深度难于估算的不稳定河道禁用这种基础。12.2.3～12.2.4大基础板的抗冻锚固作用主要取决于翼板长度。多年来，国内外一些专家、学者对扩大式基础锚固底板的锚固力理论和计算作过一些研究，但由于试验方法及基本假定的不同，所得结果亦不同。因此，本条根据已建工程运行经验和野外试验结果提出对扩大式基础底板的翼板长度的要求。满足本规定的尺寸，在无特殊冻拔因素的情况下是安全的。12.2.5墩台基础在冻层内做成正梯形的斜面，并用水泥砂浆抹平，可以减小切向冻胀力，从而可增加基础的稳定性。但梯形的斜面不宜过陡，本条规定不陡于7∶1。墩台基础横断面较大，由于基础的材料比基土的导热系数大，致使基础的冻深大，所以在确定其埋置深度时应根据基础材料的性质，按基础设计冻深确定基础的埋置深度。12.3基础稳定及验算12.3.1本条规定抗冻拔设计时基础的工作状态取全约束，即不允许基础向上位移。这是因为：① 桩墩基础侧壁与土之间的摩阻力是抗冻拔力的一个重要部分。基础一旦发生冻拔，桩壁与基土产生位移后，摩阻力将大为降低使抗冻拔力减小。②基础冻拔后在融化期不能完全恢复原位，残余冻拔量将逐年积累，导致上部结构破坏。③对冻拔敏感的渡槽，即使冻拔量很小，也将使槽身发生结构或强度破坏，影响正常输水。12.3.2总切向冻胀力标准值计算公式中引进了有效冻深系数ψe和糙度系数ψr。有效冻深是指设计冻深范围内自地表算起有切向冻胀力产生的深度，有效冻深系数为这部分冻深与设计冻深的比值。在影响冻胀的水、土、温三大要素中，在土、温相同的条件下，地下水位的高低，直接影响冻层内冻胀的分布，如果地下水位接近地表，基土在冻结过程中，水分能够充分迁移，则在冻层内均产生冻胀，此时有效冻深系数取1.0；如果地下水位较低，基土在冻结的过程中水分迁移困难，则冻层的下部存在着一个“冻而不胀”的区，该区没有冻胀力产生，故此时的ψe＜1.0。表12.3.2是根据国内已有的观测资料统计分析得出的。冻层内桩壁材料糙度大小直接影响基土与桩壁之间的冻结力。实测结果表明，用模板浇筑较光滑的桩壁，在冻胀的过程中，基土很容易沿桩壁向上剪移，其位移量可达到冻胀量的50%，从而使切向冻胀力减小。而糙度大的桩壁，基土与其冻结力大而很难发生沿桩壁的冻胀位移，使基础承受的切向冻胀力相应增大。由于本规范规定桩、墩外表应平整，故桩壁糙度系数取1.0。12.3.3桩、墩基础的抗冻拔稳定条件为阻拔力大于或等于冻拔力，式(12.3.3)是按分项系数法给出的。其中结构重要性系数γ0值列入表12.3.3，表中的建筑物级别为现行规范中的建筑物级别。12.3.4有些基础虽然有足够的抗冻拔力，能够满足整体稳定条件，但在基础的薄弱断面可能因配筋不足而被拔断，因此要进行强度验算。在进行强度验算时，对钢筋混凝土的桩柱基础，只算受力筋的强度，其混凝土强度忽略不计。12.3.5基础侧壁与暖土之间摩阻力的大小与基土的类别、状态有关。当基础通过不同土质地基时，应按式(12.3.5)取相应土层的单位极限摩阻力fsi和厚度Zi分别计算后叠加。式(12.3.5)中的0.4是将桩基受压条件下土的摩阻力换算为桩基在切冻胀力作用下受拉时下卧暖土层抗冻拔摩阻力的折算系数。前者可在有关规范和文献中查到，而后者试验资料尚少。该式中的系数0.4是根据水利部松辽水利委员会科研所在野外试验场用两根实体试验桩，在地基土为粉质粘土条件下取得的试验资料确定的。按基土的类别及状态确定桩基的抗冻拔极限摩阻力与单位极限摩阻力(fsi)之间的折减系数为0.4。fsi按基土类别及状态取承载力设计时的相应值。12.3.6根据冻胀地基上的基础在冻结期间的受力状态，受拉最大的断面位于最大冻深处。此外，设计时经常根据结构的应力变化，在某一部位少配筋或改变结构截面，因此存在结构薄弱截面，故验算时，除取设计冻深截面外，对这些强度较低的所有截面同样应进行验算。12.3.7基础受冻胀力作用过程中，锚固底板和底梁受与承载力方向相反的弯矩及剪力，同样要进行强度验算。在冻胀力作用下，柱与底板(梁)连接处拉力最大，故应进行此截面的强度验算。12.3.8跨年度施工的工程，有时基础施工后上部结构没有完成施工或仅完成一部分而进入冬季停工期。在这种情况下，基础可能由于上部荷载比设计荷载小而被冻拔。因此，冬季应采取临时抗冻拔措施。 13水工金属结构 13.1一般规定13.1.6本条是对负温下挡水或操作的事故闸门和工作闸门的门叶结构、起吊拉杆、自动挂脱梁和锁锭梁的制造材料的基本要求。下面提供一些选用方法，供参考，其中tk为设置地点的日平均最低气温。(1)tk≥-20℃时，宜用平炉碳素结构钢Q235—D制造，其采用板厚δ≤24mm；(2)tk≥-30℃时，宜采用普通低合金钢16MnDR制造，其采用板厚δ≤38mm；(3)tk≥-40℃时，宜采用低温压力容器钢07MnTiCrMoVDR制造，其采用板厚δ≤40mm；(4)tk≥-50℃时，宜采用低温压力容器钢09MnTiCuXtDR制造，其采用板厚δ≤10mm；(5)上述制造材料除应保证力学性能和化学成分外，还应保证上述相应温度下的冲击功Ak≥30J；(6)当在tk=-20℃～-50℃温度下操作时，门叶吊耳、节间连接板、起吊拉杆、自动挂脱梁和锁锭梁，其低温动载系数为k=1.5～1.6。 (7)焊接产生的残余应力，在低温下易引起焊缝热影响区的脆性裂纹，故应采用保证结构中残余应力最小的焊接工艺，并应采取消除残余应力的措施。13.1.7闸门止水橡皮八项指标中，强调在-40℃或更低温度下工作时，保证物理力学性能不发生冻裂或硬化现象。13.1.9严寒地区液压机油可采用变压器油、航空飞机油或其他压力油加防冻剂，但气温回升到+30℃时应保证油质满足使用要求。13.2闸门13.2.1利用不冻水域把冰盖和门叶隔开，防止静冰压力作用在闸门上的方法有射流法、吹泡法和保温法。13.2.2门叶和埋件采取防冰冻措施，使闸门具有开启与关闭的条件，其方法为热空气法、热水法和热油法。13.2.3～13.2.5设采暖的闸门室是为了防止闸门井内结冰盖，将快速闸门的拉杆冻住，造成闸门不能快速下降关闭孔口。设置启闭机室的目的是使启闭机能在冬季启门，防止电气设备结霜或结露。13.2.7浮动闸门在水库中易被冰盖压坏或内部充水结冰，当库冰已化时门内冰难化，故不宜采用。13.2.8舌瓣闸门排冰最佳，带舌瓣闸门排冰次之。上升式闸门只能全开排冰，不能局部开启排冰。下沉式闸门和双层闸门排冰发生事故太多，故不宜采用。13.2.9舌瓣闸门冬季排冰埋件加热可使闸门开关自如。起吊钢丝绳浸入水中易被冰块剪断。故规定须使用拉杆。13.2.10闸门上下同时过冰时，易使闸门产生振动造成破坏，且排冰效果差又不省水。13.2.12为防止充水的通气孔被冰冻死，门窗应能双向开合，以免影响通气孔进、排气。13.2.13钢材具有低温脆性，起吊拉杆和自动挂脱梁如果在严寒气温中存放，一旦工作加载，便易发生脆性破坏。13.2.15室内试验和实践表明，焊件开裂多在焊缝应力集中区。采取结构措施可减少应力集中点，使其具备必须的抗裂性能。13.2.16在严寒气温条件下，门叶结构上的安装孔和漏水孔对接或搭接补焊是十分危险的。因为在应力集中点上再次补焊又增加了焊接残余应力，会引起脆性破坏。主轮辐也不宜开孔。13.2.17在严寒气温下人工用锤击除冰，使结构产生集中的振动荷载，这是脆性破坏的触发因素。因此，可用热风、热水化冰，禁止用蒸汽化冰。13.2.20本条中的加热功率是按下述方法得出的。1)定时加热情况：单位化冰质量Gi(kg/m2)为：Gi=γiδi(5)式中：Gi——单位面积化冰质量，kg/m2；γi——冰的密度，可取γi=920kg/m3；δi——化冰厚度，可取δi=0.01m。融化单位质量的冰所需的热量Q0（kJ/kg）为：Q0=Ci(tm-tk)+Qi(6)式中：Q0——融化单位质量的冰所需的热量,kJ/kg；Ci——冰的比热容，可取Ci=2.0［kJ/(kg·℃)］；tm——冰的融化温度，可取tm=0℃；tk——日平均最低气温，℃；Qi——冰的水化热，可取Qi=335(kJ/kg)。埋件化冰所需的全部热量Q(kJ)为：Q=Q0GiAs/η(7)式中：Q——埋件化冰所需的全部热量，kJ；As——钢埋件加热面积，m2；η——有效系数，可取η=0.5。 加热功率P(kW)为：P=Q/T(8)式中：P——埋件化冰所需的热功率，kW；t——化冰加热时间，h。2)连续加热情况：空气中埋件所需加热功率P1(kW)为：P1=ksa(tsa-tk)Aa/η(9)式中：ksa——通过钢板向冷空气中的传热系数，可取ksa=0.025kW/(m2·℃)；tsa——空气中钢埋件加热温度，可取tsa=1℃；Aa——空气中钢埋件加热面积，m2。水中埋件加热所需功率P2(kW)为：P2=kw(tsw-tw)Aw(10)式中：kw——通过钢板向静水中的传热系数，可取kw=0.233kW/(m2·℃)；tsw——水中钢埋件加热温度，可取tsw=0.5℃；Aw——水中钢埋件的加热面积，m2；tw——过冷水温度，可取tw=-0.1℃。加热所需总功率P(kW)为：P=P1+P2(11)13.2.21根据我国引滦工程经验，并参照国外工程而确定的。13.2.25根据我国葠窝水库经验，并参照国外工程实践，确定采用葠窝水库的喷嘴型式。13.2.27其目的在于防止钢闸门的腐蚀。13.2.28本条系根据黑龙江省黑河市卧牛河水库的实践、观测和试验资料提出的。当地最低气温为-42℃，最大冰厚为1.4m左右。13.3拦污栅13.3.1固定式拦污栅一旦被冰堵塞必须停水。露顶式拦污栅在负温下极易过冷，一碰到冰凌，冰凌与栅条冻结在一起，拦污栅易被冰凌堵死。电热拦污栅均因运行效果太差而被淘汰。在耙斗式清冰机配套下，电热拦污栅运行较为理想。栅条水热或油热的拦污栅与电热拦污栅由于回路复杂、运行不便且效果差，故不宜采用。13.3.2回转栅式清污排冰机既可清污又可排冰，这是目前最好的清污排冰机械设备之一。13.3.3人工或机械水中清冰时，拦污栅需要倾斜布置。水深超过3m时人工水中清冰困难。13.3.6潜孔拦污栅上游设置胸墙可以形成加热保温条件。13.3.7拦污栅在水中其顶部被冰盖冻住时，栅条极易过冷而结冰堵塞。13.3.8设主、副两道拦污栅对于冬季人工水上清冰十分方便。主栅经常工作，一旦发生冰堵，动水中放下副栅后，提起主栅清冰，再把清冰后的主栅在动水中放下后提起副栅，可以避免停机。  附录A(标准的附录) 中国主要河流冰情特征A0.2本条所列的表A1和图A1～图A4(见正文末插页)系根据SDJ214—83《水利水电工程水文计算规范》提出的。A0.3水库冰厚与当地的冬季气温、水库大小和调节性能、水深和所处的环境等条件有关，因此，有条件时应根据与拟建水库类似的工程实际观测资料确定。本条中所列的冰厚计算公式(A1)系根据国内实际观测资料统计提出的。 图A1中国河流稳定初冰期图(日/月)(··—··—出现冰情的最南界) 图A2中国河流平均封冻日期图(日/月)(··—··—出现冰情的最南界) 图A3中国河流平均解冻日期图(日/月)(··—··—出现冰情的最南界) 图A4中国河流平均最大冰厚图(单位：m) 附录B(标准的附录) 土的冻结深度的确定 B1设计冻深B1.1设计冻深是指工程地点自地面算起的土的冻结深度，是决定地表冻胀量、基础埋深的基本指标之一。对于倾斜表面，它是指与坡面成法向方向的冻深值。大量的研究成果和实测资料表明，影响地表和结构各部位冻深的主要因素有地下水埋深、表面接受的日照和遮荫程度、表面积雪和基土土质等。其中表面积雪由于积雪厚度的年际变化较大，同时积雪的影响不仅与厚度有关，还与积雪的时间有关，这几个指标在我国北方地区的自然状态下都难于确定。因此，为安全起见，设计冻深的计算中未考虑积雪对冻深的减小作用。为了使设计冻深能保证一定等级的建筑物所必须有的安全度，在标准冻深值Zk的基础上，考虑了冻深年际变化的修正，对不同等级的建筑物确定了年际频率修正系数。基于以上所说的理由，在附录B式(B1)中，引入了年际频率模比，地下水影响和考虑日照及遮荫程度等三项修正系数。根据吉林省水利科学研究所的研究，冻深年际频率分布符合高斯正态曲线(Cs=0)。关于冻深设计频率的选取，研究成果很少。国内外一般取用P=10%，考虑到大中型工程应有较高的安全度，规定对1、2、3级建筑物取用P=5%。 土的冻结深度与日照条件和遮荫程度密切相关。实践表明，工程各部位受到的日照及遮荫程度不仅随工程地点的地理纬度、海拔高度、地形条件而变化，而且随工程走向和断面形式而变化。国内一些单位曾提出考虑日照和遮荫程度的冻深修正系数。水利部西北水利科学研究所和陕西省气象局在我国冻土区内选取了229个主要气象台(站)的30年系列气象资料，并根据各台(站)所在的地理位置，对不同走向和断面形式的渠道各部位的ψd值进行了计算。通过对获得的164880个ψd值进行相关分析，得出了确定ψd值的简便取值方法及所需的图表，同时得出相对误差小于5%，其精度可满足工程设计要求。本规范采用了该研究成果。由于所得成果是按平原渠道计算的，故渠道两岸高差较大，或建筑物上部结构有遮荫作用时，应考虑额外的遮荫影响。地下水对冻结区的水分补给对冻深的发展起阻滞作用，地下水位愈高，这种作用愈大，我国东北和西北水利科学院所均对此作了研究，并提出了相应的地下水位对冻深的影响系数或关系式，而且相互间比较接近。由于本规范规定赖以计算设计冻深的标准冻深取邻近气象台(站)观测资料的多年平均统计值，而气象台(站)场地的地下水位又影响本身的冻深值，因此，在确定工程地点的地下水位影响系数时，还考虑了邻近气象台(站)的地下水位对冻深的影响。B2基础设计冻深B2.1～B2.2在同等条件下，混凝土、浆砌石和干砌石的导热率大于常态下的土，故这些材料的基础板的冻深，较原状土有所增加。本条中的ψa值系根据实践经验确定的。建筑物基础板厚度(不含反滤层)ds系指与计算点相应平面以下的基础板厚度。  附录C(标准的附录) 土的冻胀量的确定 C0.1地表冻胀量是确定土的冻胀性等级、冻胀力大小、基础下地基土冻胀量等的基本依据。因而是抗冻胀设计所需的一个主要参数。C0.2由于土的冻结和冻胀十分复杂，冻胀量是多重因素的随机变量，迄今为止的多种确定冻胀量的理论算法和经验公式，都存在一定的误差。因此对1、2、3级建筑物，要求尽可能通过现场测试确定冻胀量。但是，现场实测需较长的观测周期，影响冻胀各主导因素的实际变化也难于控制，并且在同一建筑物轮廓线的不同部位，冻胀条件和冻胀量都有很大差异，难于在工程建成前的现场实测中予以模拟，因此本条规定了在无条件实测时可按计算方法确定地表冻胀量。大量的试验研究成果表明，当地基土(在季节冻结层厚度内，以下同)的土质一定时，环境温度、水分条件、地基土所受外荷载强度和地基土密度是制约冻胀的主导因素。地表冻胀量的定量确定，一直是水工建筑物抗冰冻设计迫切需要，而且又是目前的理论方法和室内实验方法难于直接解决的难题。从60年代以来，我国东北、西北和华北各省区有关单位进行了大量的现场观测与分析研究工作，取得了大量的数据，并提出了多种计算方法。但是，正如前面所说，由于冻胀复杂性和所依据的资料局限性等多种原因，现有的计算方法均有一定误差，而且各公式计算结果之间往往差别较大。因此，从便于工程实用出发，并考虑必要的安全度，在综合分析国内已有实测资料和计算方法的基础上绘制出地表冻胀量与设计冻深和地下水位之间的关系图C1和图C2。实际工程表明，砂性土未观测到Δh大于150mm者。但因观测资料少，因此对地下水位距地表的深度为零和0.5m时的地表冻胀量关系曲线右半部取水平线。C0.3当基础埋深小于基础设计冻深时，基础下将会有一定厚度的土层冻结。因此，需要确定这部分地基土的冻胀量值，用以验算抗冻胀稳定性。大量的国内外实验资料表明，外荷载对地基土的冻胀有明显的抑制作用。根据黑龙江省水利科学研究所通过240余组不同量级的荷载与不同密度土体的室内外冻胀试验和中科院兰州冻土研究所、甘肃省水利科学研究所、辽宁省水利水电科学研究所等单位的同类试验成果，以及国外如日本的资料，得出外荷载对冻胀的抑制作用呈负指数规律，即本条中的式(C1)。式中的β是与地基土平均干密度有关的系数，即β=0.034·e-0.0063(ρd-1350)(1) 本条中的式(C1)对冻胀量沿冻深的分布做了线性简化。从安全角度出发，式中未考虑建筑物基础周侧与地基土的冻结影响。  附录D(标准的附录) 冰压力计算 D1动冰压力D1.1冰运动时对宽长建筑物前缘如坝上游面的作用力与冰块的抗压强度、厚度、平面尺寸和运动速度有关。由于这些条件不同，冰块碰到建筑物时可能发生破碎，也可能只有撞击而不破碎。根据冰块运动对大坝作用的一般情况，本条采用了后一种和按功能转换原理得出的计算方法。其中冰厚的取值是根据国内有关观测资料提出的。冰的抗压强度与其温度、结构、含盐量以及受力方向等条件有关，因而往往相差很大。所以，冰的强度设计值要求通过试验确定。在难于取得实际资料的情况下，有关国家和单位提出了冰的抗压强度取值。例如，加拿大和美国采用融解温度下的冰块为0.69MPa，融解温度下的大块坚冰为1.38MPa，整体运动的大坚冰2.07MPa；前苏联СНиП2.06.04-82(1986年版)中提出了冰的抗压强度与气温的关系表，并说明水库和湖泊，以及南部一些河流的流冰期允许采用0.3MPa，流冰初期允许采用0.45MPa。国内现有有关规范多采用国外取值。齐齐哈尔铁路局冰压力试验研究组所作的现场试验得出春季低水位流冰初期的抗压强度平均为0.57MPa，高水位流冰时为0.39MPa；牙克石林业设计院提出流冰初期为0.45MPa，后期高水位时为0.2MPa。从上述可见，冰的抗压强度取值相差较大。事实上，开始流冰时，气温已远高于0℃，例如，根据约30年的资料统计，黑龙江的呼玛站和松花江的哈尔滨和富锦站解冻日期分别为4月28日、4月18日和4月17日，与相应日平均气温达到+10℃的日期4月29日、4月13日和4月21日接近。在这种情况下，冰的结构较弱，温度基本处于0℃。根据这种情况，并分析上列各种取值和有关试验资料，提出本条中在无试验资料情况下的冰的抗压强度取值。D1.2国内外对冰块运动作用在墩柱上冰压力均考虑撞击和切入两种情况。两种情况的计算结果相差较大。由于实际上不大可能出现较大值，故按两种情况计算，取其小值。冰的抗挤压强度是墩柱阻挡大冰块情况下楔入冰层内使之达到破坏时的冰极限强度。因此，它比单轴抗压强度值大。前苏联规范中采用一个与结构物宽度对冰厚的比值(B/δi)有关的增强系数，并规定南部河流冰的抗挤压强度在流冰期不大于0.45MPa，流冰初期不大于0.75MPa；加拿大和美国亦同样引入一个与结构物宽度对冰厚的比值(B/δi)有关的“裂痕系数”，从数值变化上看，与前苏联规范的增强系数大致相当；国内齐齐哈尔铁路局的试验则提出一个局部受压增大系数1.8～2.0，但在计算冰压力时又引入了一个局部受压强度减弱系数0.83。根据上述情况和对现有公式的计算比较，以及前述流冰期的温度条件确定本条中的提出的抗压强度值。D2静冰压力D2.1东北院水科所根据对东北五座水库的观测资料和国外已有的研究成果，提出了静冰压力计算方法。此后，在东北地区四个水库又进行了冰压力观测，其中黑龙江省胜利水库已有十年连续观测的资料。通过实测值与计算值进行比较，其最大误差为10.2%。但由于该公式中的参数要通过观测、调查等手段取得而给设计工作带来一定的困难，故在原有计算方法的基础上，根据东北和华北九个水库的资料，对气温、水温、冰厚和冰压力的关系作了进一步的分析，提出表D2的取值。D2.4位于水库中的进水塔一类的孤立墩柱结构，当冰层膨胀时，将产生前后不平衡的冰压力。此时的冰压力取决于其挤压强度，因此，可按式(D2)计算。'