２００８年第５期 （第３６卷） 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｎｏ．５．２００８ （Ｔｏｄａ１ Ｎｏ．３６） 文章编号：１００７—７５９６（２００８）０５—００７６—０１ 水工挡水建筑物防冰措施的分析 吕爱东 ，王志兴 ，王柏慧 ，冷 莉 （１．肇源县基层水利指导站，黑龙江肇源１６６５００；２．西安理工大学水利水电学院，西安７１００４８； ３．肇源县中心排灌站，黑龙江肇源１６６５００；４．黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨１５００８０） 摘 要：在较高纬度的寒冷地区建造水利枢纽工程，由于没有直接对应的参照对象和经验不足的困难，首先遇到的问题是在防冰措 施方面。但是，在工程技术人员长期与冰害斗争的长期实践中也积累了多方面的经验和智慧，文章从抗冰冻设计的基础 上，提出几点关于枢纽防冰、抗冰的建议和措施。 关键词：建筑物；冰害；防冰抗冰；措施 中图分类号：ＴＶ６９８．２６ 文献标识码：Ａ 生的膨胀压力。 冰是一种复杂的天然材料，已有大量研究表明，冰本身 的结构特性、强度特性、动力特性以及破坏形式均具有高度 的复杂性并在外界条件的影响下处于不断变化之中。温度 因此闸墩的前缘结构采用圆形，尽量避免边界凸出从而 减少应力集中；闸室内水位要避免频繁变化而引起的闸室冰 面上水。 是对冰的材料特性产生影响的重要因素之一，最直接的体现 就是冰随温度的变化而产生的膨胀效应。由水冻结成的冰 在相变过程中体积会膨胀；在由水结冻成冰的相变过程中， 尽管材料会大幅度地膨胀，但此时材料的强度处于很低的水 平，所以不会对结构产生明显的影响。然而，冰在升温过程 中的膨胀确是寒冷地区水工建筑物的设计和建造中必须考 虑的重要因素之一，已有大量的观测资料表明，冰盖在升温 过程中的膨胀效应会对结构产生非常明显的影响，甚至造成 严重的危害。 ２）泄水闸、过渡坝、土坝与过渡坝连接的翼墙，其结构设 计和结构计算均考虑冰冻荷载（静冰压力和动冰压力）为基 本设计荷载。 ３）泄水闸、过渡坝、土坝与过渡坝连接的翼墙，在死水位 以上其结构混凝土采用钢筋混凝土，并按抗冻等级设计。泄 洪闸堰体及？肖能工表层混凝土采用抗冻等级Ｆ３００；泄洪闸堰 体表层下内部混凝土、泄洪闸轨道梁及交通桥等ｊ＝部混凝土 采用抗冻等级Ｆ２００。 ４）泄水闸、过渡坝、土坝与过渡坝连接的翼墙，其结构设 伸缩缝，接缝设止水，以防冻胀变形，缝内用填充材料填满。 ５）土坝考虑冰冻要求，护坡厚度一般为２０ｃｍ左右，强度 等级为Ｃ２０，抗冻标号Ｆ２００。护坡混凝土板分缝尺寸为２ｍ× ２ｍ，分缝材料取为三毡四油，护坡下设碎石垫层３０ｃｍ。 ６）为便于排水，防止浸润线出逸处渗透变形和冰冻破 坏，同时防止泄洪洪水对坝脚淘刷，坝下游坡设贴坡排水。 １抗冰冻设计 １．１水工建筑物抗冻设计应贯彻的基本原则 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，确定抗冻设计方案，并提出对施工工艺和运行方面的 要求；④在不断总结实践经验和科学实验的基础上，结合具 体１＝程采用抗冻作用的先进技术。 １．２冰害规律分析 一上游检修闸门、上下游人字门在冬季门前门后均不允许 结冰，因此需在上游检修闸门、上下游人字门采取措施防止 门前门后的水结冰。可采取加热，汽幕或机械搅动等措施。 般水利枢纽由泄洪闸、混凝土过渡段、土坝与混凝土 １）泄洪 的闸墩与闸门上的冰压力的不同：闸墩前的冰 过渡坝连接的翼墙等组成。其冰害一般规律是： 压力相当于闸门中部的２倍左右，而闸门端部压力比闸门中 部还要小１倍。这说明闸墩对冰层膨胀压力具有较大的约 束作用。 闸墩与闸门两处冰压力产生的时间不同：闸墩的最大冰 压力出现在气温回升天气。当气温回升时，冰层的膨胀压力 作用在闸墩上，并形成应力集中现象而出现最大冰压力。由 ２防冰措施 ２．１ 从冰的破坏机理角度考虑防、抗冰 冰与结构物相互作用的机理是复杂的，但就冰排受力破 坏的两种典型形式即挤压破坏和弯曲破坏而言，挤压破坏时 的冰力一般是弯曲破坏时冰力的数倍，但通过不同结构型式 冰荷载的初步计算结果的比较，基本上可以认为：在不影响 使用的情况下，对迎冰的水工结构物设计时应首先考虑避免 冰的纯挤压破坏形式；如采用斜面型式、圆形断面型式和锥 于闸墩及两侧对冰层的约束作用，致使冰压力在闸室内逐渐 减小，仅有较小的压力传至闸门处。闸门最大冰压力值出现 是由于水位升高闸室冰面上水，引起冰层温度急剧升高所产 ［收稿日期］２００８—０６—２０ （棱）台型式等。圆形断面直立结构的冰荷载虽然略小于矩 形直立结构，但是也可以最大限度地避免边角的磨（撞）损现 象发生． ．［作者简介］吕爱东（１９６５一），男，黑龙江肇源人，工程师；王志兴（１９６４一），男，黑龙江讷河人，教高；王柏慧（１９６５一），女，黑 龙江肇源人，助理工程师；冷莉（１９６５一），女，黑龙江庆安人，教高。 ７６— ２００８年第５期 （第３６卷） 文章编号：１００７—７５９６（２００８）０５—００７７—０２ Ｎｏ．５．２００８ （ＴｏｄＭ Ｎｏ．３６） 某电厂水锤分析简述 孙志才 ，赵凤波 （１．大庆市自来水有限公司，黑龙江大庆１６３３１１；２．大庆市让胡路区卫生管理站，黑龙江大庆１６３７１２） 摘 要：水锤的存在将会引起管道或设备损坏的事故。文章通过对某电厂输水管道及设备的水锤分析，找出水锤所在并提出解决 ．目 问题的方式方法。 ｛吾关键词： 水锤；电厂；防水锤空气阀；压力波动预止阀 ＴＶ７３ｌ 黑 中图分类号：盯 文献标识码：Ａ 龙∞ １ 分析依据 道的水锤问题，工程意义不大。施奈德提出的图解法概念清 江＿呈 管线全长１１４ｋｍ，途中共有３个水泵站分别位于０ｋｍ 晰，直观易懂，计算方便，曾风行一时，但还是有难于应付复 杂的工程问题的缺陷。２０世纪６０年代初期计算机的出现及 随之以后计算数学的迅速发展，给有压流的瞬变计算开辟了 一水＿莒 处、４０．４５ｋｍ处以及６５．９ｋｍ处。三段管线中，从一泵站至二 泵站、三泵站至终点水池管径ＤＮ１利 ２００；二泵站至三泵站管径 ＤＮ１１００ｏ管道材质为ＰＣＣＰ管。工程特点：管线长，起伏多， 水泵扬程较低。 条崭新的途径。Ｖ．Ｌ．斯特利特和Ｃ．Ａ．格莱用特征线法 科删 Ⅲ 将上述一对非线性偏微分方程沿其特征线变换成４个常微 分方程，然后再变换成差分方程并配之以各种边界条件方程 联立求解。 技村 ２分析理论 对有压管道供水系统进行瞬变流计算的基本方程是描 述有压流瞬变过程的运动方程和连续方程，这是一对非线性 双曲型偏微分方程，其中沿管长度及时问是两个自变量，流 量和压力水头是两个因变量，这样的方程组目前无法求得闭 合解。早期人们在作一些假设与简化后用解析法来计算有 压流的瞬变过程，其基本原理是利用阿列维联锁方程分步逐 关于计算机的解决方法，世界各地的计算软件均站在一 个基础之上。随着建模的不断完善，美国肯塔基大学渐渐成 为较为普遍的应用软件。其版本的不断翻新，边界条件的不 断扩充，界面之友好受到业界人士的好评。最为重要的一点 是：其与实践结合得十分完美。 在水锤分析当中，掌握软件的人也是十分重要的。需要 丰富的实践经验以及对实际工况的分析能力。 段计算，此法条件严格，因而运用范围太窄，只能解决简单管 — 也—Ｓ —Ｓ屯—；止— 也— —Ｓ —Ｓ屯 ＩＬ—Ｓ也—Ｓ —址— 王－． 也— 屯—址．址．址． 屯—址．址．址．Ｓ屯．址．址．址．Ｓ屯． — 屯．址．Ｓ屯．址．址． 屯．Ｓ ．Ｓ屯— 屯．址．Ｓ ． — ｌ上．Ｓ屯．址．Ｓ屯．Ｓ ． 屯 另外，对于承受温度膨胀力的结构或部位，也可以考虑 上述的某些型式，同样可以改变冰盖对结构物的作用机理。 ２．２从结构的设计标准的角度考虑防、抗冰 大江大河挡水建筑物一般设主泄水闸和副泄水闸，主泄 水闸闸墩和副泄水闸闸墩可以采取不同的抗冰标准。在开 江流冰期，利用主泄水闸排冰，主泄水闸闸墩可以采用较高 的设计标准，而副泄水闸闸墩只需满足泄洪的设计标准即 可。并且主泄水闸闸墩自身的抗冰能力即可满足比较极端 的冰况，而不用采取临时的闸前破冰的措施。因为在极端冰 况发生时，临时的人为措施往往成为不可为。从这样的思路 出发，也可以延伸到枢纽其他结构的设计；譬如，引航导堤堤 头的沉箱箱体设计标准可以高于其他导堤箱体，包括堤头的 固定也可以采用区别于其他箱体的附加钢管桩的形式。 ２．３从防范的角度考虑防、抗冰 以泄洪闸闸墩为例：为了保证泄洪闸闸墩的安全，防止 坏，导冰墩受力较小不容易损坏。另外破冰墩对于屏障冰盖 对闸门的温度膨胀力也将起到一定的作用。导冰墩可采用 钢筋混凝土结构，现场浇注或预制的方法均可，为了保持破 （导）冰墩的稳定性，可以采用平台钢管桩的固定方案。 ． ２）破冰桁架：利用破冰桁架保护海上钻井平台和公路桥 的方法在国外曾有实施的先例。破冰桁架为钢管焊接构件， 易加工和安装施工。在迎冰方向，是易于造成冰排弯曲和劈 裂的结构型式，桁架固定的形式也建议用钢管桩的方案。 ３）破冰浮筒：是渤海石油公司为抵抗流冰保护海上平台 等设施曾经设想的方案。浮筒为双锥形，通过固定于江底的 钢缆（链）连接漂浮于水面。由于水流的作用，浮简的斜锥面 始终面向迎冰的方向。因为浮简具有足以使冰排弯曲破坏 的浮力，当冰排沿锥形斜面爬上浮筒达到弯曲极限强度时破 碎。破冰浮筒预期可能有多种使用方案。①常年漂浮于水 中的方案：此方案降低了安装和拆卸的施工量，但有可能增 大的流冰阻塞泄洪闸孔同时避免大的流冰撞击，可以采用闸 孔上游设置破冰装置。设置其装置基本类型有： １）破（导）冰墩：迎冰方向为弧形、斜坡或一定斜度的棱 形，当冰排遭遇导冰墩时，可以造成冰排的弯曲破坏，将冰排 破碎成较小的冰块，从而避免了泄洪闸闸孔被大冰排阻塞以 及闸墩受到较大冰荷载的挤压和撞击作用。由于是弯曲破 ［收稿日期］２００７—０７—１８ 加了常年维护的工作量。②流冰期安装的方案：江底设牵拉 点和钢链，流冰期将浮筒与钢链连接；③浮筒灌、排水方案： 可将浮简常年安装于江中，在非流冰期外将浮筒内注水，使 浮筒沉置于江底。流冰期把浮简中的水排空漂浮于与冰排 作用的状态。 ［作者简介］孙志才（１９６７一），男，黑龙江双城人，高级工程师；赵风波（１９６７一），女，黑龙江巴彦人，工程师。 一７７一