第四节 防 冻 工 程

　　如前所述。北方寒冷地区的水工建筑物在冰推力或土的冻胀力作用下常发生破坏，即所谓冻害。为解决水工建筑物冻害问题，多年来我国进行了大量的研究，采取了多种有效的措施。其中包括合成材料防隔热保温措施。

　　隔热保温是指用隔热材料或其他方式防止水体或地基土冻结，从而消除冰推力或冻胀力的方法。使用隔热材料时，对所用隔热材料首先要求导热系数低，具有一定的强度，用作永久性防冻时，还应具有足够的耐久性，吸水率小。聚苯乙烯硬质泡沫塑料板是目前在隔热防冻措施中应用较多的一种土工合成材料。国内如黑龙江、山东、山西、北京、宁夏等省(市、区)已在涵闸底板、挡墙、渠道衬砌和进水塔架等类工程中用作永久性或期性的防冻材料。聚苯乙烯泡沫塑料板的价格相对较高，因此，根据工程的具体情况通过比较确定是否采用。使用这种材料防冻的设计和施工主要是材质的选择、厚度的确定和铺设方法。

　　一、板材选择

　　用作永久性防冻的聚苯乙烯硬质泡沫塑料板的物理力学性能应满足表4-13的要求，临时性防冻主要应满足表4-13中的导热系数要求。

　　板的厚度对于渠系涵闸、挡墙和渠道地基土等中小型工程，可按下式计算：

式中：d_t为聚苯乙烯板厚度，m；ψd为板厚系数，ψ＝1/10～l/15(地表冻胀量较大和较重要工程取大值，其余取小值)；Z_d为设计冻深，m(可按SL221—98《水工建筑物抗冰冻设计规范》附录B计算确定)。

　　二、板的铺设方式

　　涵闸防冻底板的范围除底部外，在进出口处还应伸出一定长度或垂直呈帐幕式插入一定深度。前一种铺设方式的水平伸出段长度ι和后一种铺设方式的垂直深度h应满足下列要求：

式中：Z_t为基础板下的冻土层厚度，m(按SL221—98附录B计算确定)。

　　挡墙的防冻采用聚苯乙烯板时，可将板直接贴附在墙背面，必要时亦可在墙后地面水平铺设宽度不小于1.1倍设计冻深的板，并在其上加盖一层保护土层。

　　渠道的防冻聚苯乙烯板铺设在衬砌体下，其铺设高度根据沿渠坡的冻胀量大小确定，渠坡上部预计不产生冻胀的部位可不铺。

　　三、实例

　　[实例4-7]　卧牛湖水库进水塔防冰

　　卧牛湖水库位于黑龙江省黑河市，最低温度一42℃，年平均气温一2℃，水库最大冰厚1.48m，为防止进水塔冰推破坏，采用了聚苯乙烯泡沫塑料板防冻。水库进水塔周围水体结冰10～15cm厚时，在紧贴进水塔四周的冰面上铺设宽300cm、厚15cm的聚苯乙烯泡沫塑料板，每层板间不留通缝，周围用模板固定，防止位移。为了了解板下水体冻结情况，除实际测量冰层厚度外，还在板下沿水深方向布置6组热电阻，用以推算水体冻结情况。1988～1991年3个冰期，实测板下最小冻结深度为0～5cm，见表4-14。沿板宽方向水体冻结深度如图4-29所示

　　由图4-29和表4-14可见，在温度为-32.4～-39.8℃的3胩冰期里，泡沫板下的中间部位水体保持本不冻结，在建筑物周围形成一道不冻结的水槽，把建筑物与冰盖隔开，防止库冰对建筑物的破坏作用。经3个冰期试验，进水塔没有发生冻胀破坏。

　　由图4-29还可见，聚苯乙烯硬质泡沫板铺设防护宽度250cm左右，厚度15cm，就能满足防冻要求。地区不同，冻结条也有差别，一般情况下，保护宽度取最大冰厚的1.2～1.8倍即可。卧牛河水库试验工程，防护长度30m。在铺板厚度15cm，度2m和3m时，与人工破冰费用相比可分别节省55％和33％。