DL T 5082-1998 水工建筑物抗冻设计规范.pdf
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1、备案号中华人民共和国电力行业标准水工建筑物抗冰冻设计规范发布实施中华人民共和国电力工业部发布中华人民共和国电力行业标准水工建筑物抗冰冻设计规范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水设便字第号文下达的任务安排制定的其编号格式和规则均按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士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
2、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目录前言范围引用标准总则基本资料冰冻荷载材料堤坝取水与电站建筑物渠道衬砌与暗管闸涵建筑物挡土墙桥梁和渡槽水工金属结构附录标准的附录中国主要河流冰情特征附录
3、标准的附录土的冻结深度的确定附录标准的附录土的冻胀量的确定附录标准的附录冰压力计算附录标准的附录门叶热空气法防冰冻计算附录标准的附录压力水射流法防冰冻计算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混凝土外加剂水利水电工程结构可靠度设计统一标准建筑地基础设计规范水工混凝土结构设计规范水工混凝土试验规程水利水电工程水文计算规范聚苯乙烯泡沫塑料板总则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
4、特制定本规范水工建筑物抗冰冻设计应贯彻下列基本原则因地制宜安全可靠经济合理和实用美观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基本资料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
5、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年根据最冷月平均气温确定气候分区分区标准宜取严寒最冷月平均气温寒冷最冷月平均气温温和最冷月平均气温负气温指数应取冬季日平均负气温值的累积值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确定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根据地基土的粒径组成可按下述判别标
6、准划分为冻胀性土和非冻胀性土在季节冻融层内土中粒径小于的土粒按重量比等于或小于总土重的土为非冻胀性土土中粒径小于的土粒含量按重量比大于总土重的土为冻胀性土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标准冻深宜直接采用邻近工程地点气温条件相近图标准冻深等值线图单位的气象台站观测系列不短于年对于渠道衬砌设计不宜短于年的历年最大冻深平均值无此条件时可查图确定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地表冻胀量是指工程地点天然土层年度冻结期内发生冻胀后的
7、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计算根据冻胀量的大小可将土的冻胀性分为表的五级表土的冻胀性级别冻胀性级别冰冻荷载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冰压力分为静冰压力和动冰压力其标准值可按附录确定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单位切向冻胀力标准值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取值表单位切向冻胀力标准值地表土冻胀量注表中数值可内插最大单位水平冻胀力标准值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
8、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取值表最大单位水平冻胀力标准值墙后计算点土冻胀量注表中数值可内插单位竖向冻胀力标准值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取值表单位竖向冻胀力标准值单块基础板面积地基土地表冻胀量注表中数值可内插本表不适用于单块基础板边长小于和长宽比大于的基础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两侧填土的矩型结构设计应取侧墙的水平冻胀力和作
9、用于底板底面的竖向冻胀力与其它非冰冻荷载的组合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材料混凝土混凝土的抗冻等级分为六级应按规定的快冻试验方法确定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选定在不利因素较多时可选用提高一级的抗冻等级表水工结构和构件混凝土抗冻等级要求气象分区严寒寒冷温和年冻融循环次数受冻严重而且难于检修部位水电站尾水部位蓄能电站
10、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坝厚小于混凝土最大冻深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流速大于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受冻严重但有检修条件部位混凝土坝上游面冬季水位变化区水电站或船闸的尾水渠引航道的挡墙护坡流速小于的溢洪道输水洞孔引水系统的过水面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表续完气象分区严寒寒冷温和年冻融循环次数受冻较重部位混凝土坝外露阴面部位冬季有水或易长期积雪
11、结冰的渠系建筑物受冻较轻部位混凝土坝外露阳面部位冬季无水干燥的渠系建筑物水下薄壁杆件水下流速大于的过水面水下土中大体积内部混凝土注年融循环次数分别按一年内气温从以上降至以下然后回升到以上的交替次数和一年中日平均气温低于期间设计预定水位的涨落次数统计并取其中的大值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冬季最高水位以上阳面阴面水电站尾水区阳面指冬季大多为晴天平均每天有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最冷月平均气温低于地区的混凝土抗冻等级宜根据具体情况研究确定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
12、温区再加温和地区分区厚度不得小于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混凝土外加剂的规定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和表选用含气量和水灰比表小型工程抗冻混凝土含气量要求混凝土抗冻等级最大骨料粒径最大骨料粒径最大骨料粒径最大骨料粒径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小型工程抗冻混凝土水灰比要求等级水灰比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取一组
13、非大体积混凝土每取一组或每类构件取组素混凝土的抗冻试件合格率不应低于钢筋混凝土的抗冻试件合格率不应低于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对于大型工程混凝土受冻前的强度应满足下列要求受冻期无外来水分时大体积混凝土不应低于的混凝土或的混凝土钢筋混凝土不应低于设计强度等级的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冻抗磨要求的部位钢筋净保护层的厚度严寒地区不应小于寒冷地区不应小于钢筋净间距不宜小于钢筋直径的倍有海水盐雾污水或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严寒地区的大中型
14、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小于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接缝止水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土基上水工建筑物的变形缝应
15、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的退火紫铜片亦可使用塑料止水片其材料性能应符合表表和设计的要求止水片形式宜为型不宜采用中间圆管形表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
16、率试验方法方法单位标准表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单位邵氏标准止水片的安装浇筑保护设施应有专门施工详图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保温材料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的规定表聚苯乙烯泡沫塑料板物理力学性能密度吸水性压缩强
17、度压缩弯曲强度尺寸稳定性导热系数堤坝一般规定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抗冰设计超高应按下列情况计算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并自蓄冰最高水位以上按常规计算超高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倍倍库内最大冰厚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倍倍混凝土坝和浆
18、砌石坝和倍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根据建坝后的冰情条件宜按附录计算冰压力对大坝的作用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混凝土坝与浆砌石坝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坝体
19、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带有周边缝的薄拱坝应防止周边缝冻结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碾压混凝土坝应
20、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浆砌石坝应做作防渗分缝和内部排水下游排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土石坝和堤防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标准冻深大于地区或水库冰厚大于的一二三等工程历年冬季最高水位以上至最低水位以下高程的坡长范围内防冻层厚度宜
21、等于或大于倍设计冻深最小应大于倍设计冻深四等工程和不属本条款所列条件范围内的水上坝坡防冻层厚度应大于倍设计冻深计算防冻层厚度时取水冰面以上高度处的位置作为设计冻深的计算点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第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干砌石护坡应采用良好块石所用石料的最小边长宜大于层厚宜大于砌筑缝隙不宜大于戈壁地区可采用大卵石砌筑
22、有条件时宜采用方石其最短边长宜大于层厚宜大于砌筑缝隙不宜大于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菱形框格的顺坡对角线长宜为另一对角线长度可小于此值框格梁的断面尺寸宜为宽度高度并嵌入垫层内混凝土砌块护坡每边尺寸不宜小于厚度不宜小于砌筑缝隙不宜大于现浇混凝土板的边长宜大于厚度宜大于混凝土等级宜为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混凝土等级宜为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
23、坡加插钢筋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面板和趾座混凝土抗冻性能应满足的规定垫层料中粒径小于的细料不应超过止水片在冬季最低气温下应具有符合
24、设计要求的延伸率和三向变形能力周边接缝不应冻结板与坡顶垂直段的接缝应能抵抗冰推力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受流冰作用的堤岸护坡应计及冰块撞击下护坡的稳定性堤防涵闸建筑物的抗冰冻设计应按第章有关规定执行溢流坝与溢洪道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
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