DLT 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 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
2、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
3、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 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
4、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准划分为冻胀性 土和非冻胀性土 在季节冻融层内
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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 混凝土坝和浆砌石坝 和 倍倍土坝库内最大冰厚
18、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
19、浇筑 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 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
20、保温外露的接缝应防止 漏水结冰 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 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
21、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
22、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 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
23、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
24、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
25、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 度必要时应规定疏通下游水道的措施 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 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 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
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