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水工建筑物抗冰冻设计规范[附条文说明]GB/T50662-2011

 前言

中华人民共和国国家标准

水工建筑物抗冰冻设计规范

Code for design of hydraulic structures against ice and freezing action

GB/T 50662-2011

主编部门:中华人民共和国水利部

批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期:2012年3月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第938号

关于发布国家标准《水工建筑物抗冰冻设计规范》的公告

现批准《水工建筑物抗冰冻设计规范》为国家标准,编号为GB/T 50662-2011,自2012年3月1日起实施。本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

二〇一一年二月十八日

前言

本规范是根据原建设部《关于印发<2007年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)>的通知》的要求(建标[2007]3125号),由中水东北勘测设计研究有限责任公司会同有关单位共同编制完成。

本规范共分13章和6个附录。主要内容包括:总则,术语和符号,基本资料,冰冻荷载,材料与结构的一般规定,挡水与泄水建筑物,取水与输水建筑物,渠道与渠道衬砌,泵站与电站建筑物,闸涵建筑物,挡土结构(墙),桥梁和渡槽,水工金属结构等。

本规范由住房和城乡建设部负责管理,由水利部负责日常管理,由水利部水利水电规划设计总院负责具体技术内容的解释。本规范在执行过程中,请各单位注意总结经验,积累资料,随时将有关意见和建议反馈给水利部水利水电规划设计总院(地址:北京市西城区六铺炕北小街2-1号;邮政编码:100011;电子信箱:jsbz@giwp.org.cn),以供今后修订时参考。

本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人:

主编单位:中水东北勘测设计研究有限责任公司

参编单位:水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院

水利部寒区工程技术研究中心

西北农林科技大学

中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国

家重点实验室

黑龙江省水利水电勘测设计研究院

主要起草人:徐伯孟 苏加林 铁汉 胡志刚 李安国 苑润保 朱瑞森 王德库 冯林 王波 杨玉航 马巍 叶远胜 杨成祝 张利明 童长江 马玉华 徐小武

主要审查人:刘志明 邵剑南

1总则

1  总则

1.0.1  为了统一在冰、冻融和冻胀作用下的水工建筑物抗冰冻设计标准和技术要求,提高水工建筑物的抗冰冻设计水平,制定本规范。

▼ 展开条文说明

1.0.2  本规范适用于受冰、冻融和冻胀作用的新建或改建的水工建筑物抗冰冻设计。

▼ 展开条文说明

1.0.3  水工建筑物抗冰冻设计应符合下列规定:

   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、建筑物的级别及其型式,确定抗冰冻设计方案,并应提出对施工和运行方面的要求。

   4  受冰冻作用严重的工程应进行专门研究。

   5  结合具体工程采用抗冰冻作用的先进技术。

▼ 展开条文说明

1.0.4  水工建筑物抗冰冻设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语和符号

2.1 术语

2 术语和符号

2.1 术语

2.1.1 冻土 frozen ground

具有负温或零温度并含有冰的土或岩石。

2.1.2 季节冻土 seasonally frozen ground

地壳表层寒季冻结、暖季又全部融化的土或岩石。

2.1.3 季节冻结深度 depth of seasonal freezing

整个冬季自地表算起的最大冻结深度(冻结层厚度)。

2.1.4 设计冻深 design freezing depth

计算点的冻结深度设计取用值。

2.1.5 地基土设计冻深 design freezing depth of foundation

自建筑物底面算起的地基土或墙后土自墙背算起的冻结深度设计取用值。

2.1.6 冻结指数 freezing index

整个冻结期内日平均温度低于0℃的日平均气温逐日累积值。

2.1.7 冻胀量 amount of frost-heaving

土在冻结过程中的膨胀变形量。

2.1.8 地表冻胀量 amount of frost-heaving of ground sur-face

整个冻结期内冻结膨胀后的地面与冻前地面的高差值。

2.1.9 冻胀力 frost-heaving force

土的冻胀受到约束时产生的力。

2.1.10 水平冻胀力 horizontal frost-heaving force

土冻胀时作用于建筑物侧面水平方向的冻胀力。

2.1.11 切向冻胀力 tangential frost-heaving force

土冻胀时作用于建筑物侧表面向上的冻胀力。

2.1.12 法向冻胀力 normal frost-heaving force

土冻胀时作用于建筑物底面法线方向的冻胀力。

2.1.13 静冰压力 static ice pressure

静止冰盖升温膨胀对建筑物产生的作用力。

2.1.14 动冰压力 dynamic ice pressure

移动的冰盖或漂冰对建筑物产生的撞击力。

2.1.15 冰盖 ice cover

水体表面形成的大面积冰层。

2.1.16 武开江 ice breakup due to hydraulic and climaticeffect

冰盖尚未解体前,由于气象和水力因素突变将冰盖鼓开,形成大量流冰的现象。

2.1.17 冰坝 ice dam

大量冰块在河道束窄、浅滩、未解冻前缘等处堆积,使河道阻塞,水位壅高的现象。

2.2 符号

2.2 符号

2.2.1 作用力

σh——单位水平冻胀力;

σv——单位法向冻胀力;

τt——单位切向冻胀力:

φr——冻层内桩壁糙度系数;

σvs——作用在板底面上的单位法向冻胀力设计值;

р——载强度,恒载;

Fa——验算断面的拉力;

Fs——冻层以下基础与暖土之间的总摩阻力;

Pi——静冰压力;

Fil——冰块撞击建筑物时产生的动冰压力;

Fi2——冰块切人三角形墩柱时的动冰压力;

Fi3——冰块撞击三角形墩柱时的动冰压力;

?y——验算截面材料的强度设计值;

?ib——冰的抗挤压强度。

2.2.2 冻深、冻胀参数

βo——非冻胀区深度系数;

φd——日照及遮荫程度影响系数;

φe——有效冻深系数;

φw——地下水影响系数;

Ζd——设计冻深;

Ζe——置换深度;

Ζf——地基土设计冻深;

Ζm——历年最大冻深;

Ζw——冻前(冻结初期)地下水位埋深;

h——地表冻胀量;

hd——墙后填土的冻胀量;

hf——地基土冻胀量。

2.2.3 热学参数

λc——底板(墙)的热导率;

λx——保温板热导率;

N——加热功率;

T——加热时间;

Im——历年最大冻结指数;

Ro——设计热阻;

ta—— 最冷月平均气温;

tc——门叶内部空气加热温度;

tk——极端最低温度平均值;

tw——水温;

kpa——由门叶内部空气通过保温板向外界冷空气中的传热系数;

ksa——由门叶内部空气通过钢板向冷空气中的传热系数;

ksw——由门叶内部空气通过钢板向水中的传热系数。

2.2.4 水力参数

δi——冰厚;

δw——冻前底板上的水层厚度;

Bo——不冻水面宽度;

Lo——渠道不结冰(不冻水面)长度。

2.2.5 几何参数

δc——底板(墙)厚度;

δx——保温板的厚度;

A——面积;

B——宽度;

[S]——建筑物的允许冻胀位移值。

3基本资料

3  基本资料

3.0.1  水工建筑物的抗冰冻设计,应根据需要取得工程地点的气象、冰情、地质和冻土等基本资料。

3.0.2  气象资料应包括工程地点的年平均气温、最冷月平均气温、最低日平均气温、冻结指数、冬季风向和风速等。气象资料应采用当地或条件相似的邻近气象台(站)的实际观测值,其统计系列年限不应少于最近20年。

3.0.3  气候分区的划分应符合下列要求:

   1  最冷月平均气温ta<-10℃时,应划分为严寒区;

   2  最冷月平均气温-10℃≤ta≤-3℃时,应划分为寒冷区;

   3  最冷平均月气温ta>-3℃,应划分为温和区。

3.0.4  设计采用的冻结指数应取历年最大值,其统计系列年限不应少于最近20年。

▼ 展开条文说明

3.0.5  冰情资料应包括封冰(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、武开江概率等。冰情资料应根据当地或冰情相似的河流、水库的观测资料确定。无实测资料时,宜通过实地调查确定;条件不具备时,可按本规范附录A的规定确定。

3.0.6  地质资料应包括工程地基土的种类、颗粒组成、密度、塑限、液限、天然含水率和冻前(冻结初期)地下水位等。

3.0.7  冻土资料应包括历年最大冻深和地表冻胀量,应分别按下列方法确定:

   1  历年最大冻深应直接采用当地或邻近工程地点气温、地下水位和土质条件相近的气象台(站)的历年最大冻深观测值,其统计系列年限不应少于最近20年。

   2  表冻胀量应通过现场实测确定;无实测资料时,可通过工程类比或本规范附录B和附录C分别计算的设计冻深和冻胀量综合确定。

▼ 展开条文说明

3.0.8  冻胀性土和非冻胀性土可根据地基土的颗粒组成按下列判别标准划分:

   1  土中粒径小于0.075mm的土粒质量等于或小于总质量10%的土,应为非冻胀性土。

   2  土中粒径小于0.075mm的土粒质量大于总量10%的土,应为冻胀性土。

▼ 展开条文说明

3.0.9  工程冻胀级别可根据地表冻胀量或地基土冻胀量、挡土结构(墙)后计算点土的冻胀量大小,按表3.0.9分级。

表3.0.9 土的冻胀分级

▼ 展开条文说明

4冰冻荷载

4  冰冻荷载

4.0.1  冰冻荷载应包括冰压力和土的冻胀力。作用在水工建筑物上的冰冻荷载应作为基本设计荷载之一。重要工程的冰压力和土的冻胀力应进行专门研究或通过试验、观测确定。

▼ 展开条文说明

4.0.2  冰压力应包括静冰压力和动冰压力,可按本规范附录D的规定确定。

▼ 展开条文说明

4.0.3  土的冻胀力应包括切向冻胀力、水平冻胀力和法向冻胀力,可根据土的冻胀级别分别按下列要求取值:

   1  单位切向冻胀力可按表4.0.3-1的规定取值。

表4.0.3-1 单位切向冻胀力τt

   2  单位水平冻胀力可按表4.0.3-2的规定取值。

表4.0.3-2 单位水平冻胀力σh

   3  位法向冻胀力可按表4.0.3-3的规定取值。当基础周侧有冻胀力作用时宜作专门研究。

表4.0.3-3 单位法向冻胀力σv

▼ 展开条文说明

4.0.4  桩、墩基础设计宜取切向冻胀力与其他非冰冻荷载的组合,但斜坡上的桩、墩基础应同时计入水平冻胀力对桩、墩的水平推力和切向冻胀力的作用,并应与其他非冰冻荷载组合。

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4.0.5  挡土墙设计应取水平冻胀力与其他非冰冻荷载的组合,但土压力与水平冻胀力不应叠加,设计时应取土压力和水平冻胀力的较大值。

▼ 展开条文说明

4.0.6  两侧填土的矩形结构设计应取侧墙的水平冻胀力和作用于底板底面的法向冻胀力与其他非冰冻荷载的组合。但土压力与水平冻胀力不应叠加,设计时取土压力和水平冻胀力的较大值。

4.0.7  静冰压力宜按冰冻期可能的最高水位情况计算,并宜扣除冰层厚度范围内的水压力。

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