寒冷地區橋墩冰壓力的防護措施

王月新

摘 要：我國幅員遼闊，北緯35°以北地區水域均會發生冰凍現象，并可能形成局部的冰層。處在水域之中的橋墩常常因冰壓力造成破壞，對人民生命財產安全構成極大地威脅，因此，橋梁的建設與管理單位應采取必要的防護措施。本文介紹冰壓力的主要成因，并總結幾種比較常用的防護措施可供參考。

關鍵詞：橋墩；冰壓力；防治措施

中圖分類號：U441 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0193-01

引 言

凍害現象直接關系著結構本身的安全與壽命等要素[1]，我國松花江地區一個水文年中的封凍時期長達四個半月[2]。經歷一個完整的冬季，隨著外界氣溫的變化，冰層將對橋墩產生不同形式的作用力，主要可分為靜冰壓力與動冰壓力。針對兩種形式的作用力，減小冰壓力的原理也不盡相同，針對不同類型冰壓力應采取與之相適應的手段。

1 冰壓力的主要成因

1.1 靜冰壓力

冰層的靜冰壓力指的是指冰層在外界氣溫的影響下，受熱產生體積膨脹，而水域中的水工結構物阻止了冰層的自由變形，因而冰層對結構物產生的擠壓作用。當冰層厚度不大時，靜冰壓力不會很大；當冰層厚度達到一定的規模時，將會產生較大的壓力，長期如此會導致混凝土表面酥松剝落，導致橋墩強度下降。

1.2 動冰壓力

冰層的動冰壓力指冰層在春初時開始融化，解凍為大小不一的冰排，在水流和風的共同作用下自由漂浮，對阻礙其運動的結構物產生的沖擊壓力。根據調查表明，由于設計中忽視動冰壓力的作用而造成橋墩剪切破壞的例子屢見不鮮，冰排體積越大，往往對橋墩產生的剪切力也越大，影響橋墩的穩定性。

2 冰壓力的主要防治措施

在橋梁的設計階段，冰壓力應當給予充分的重視，設計階段主要控制方向有：原材料、混凝土配合比、環境因素、施工和養護條件、設計構造因素。但是由于我國對冰壓力研究起步較晚且認識不足，很多橋梁未把冰壓力作為設計的影響因素考慮進去，針對這些橋梁，可采用以下方法減輕冰壓力：

2.1 人工破冰法

此方法適用于防治靜冰壓力，一般每隔2～3d，采取人工或者機械在橋墩周圍開鑿0.5～1.5m寬的水槽，從而避免冰層與橋墩的接觸，隔斷冰壓力的傳遞。開槽后產生的碎冰要及時撈出，否則會繼續凍結。如果運用機械開鑿，要求考慮冰層能承受機械的重力，防止意外發生。

2.2 設置破冰體法

此方法是在橋墩周圍設置錐形的破冰體，同時適用于防治靜冰壓力與動冰壓力。破冰體可把冰層對結構的水平力分解為水平力和垂直力，同時利用冰層的撓曲減小冰壓力。冰壓力隨著破冰體的豎向前棱傾角角度減小而減小。若每年水域的水位變化幅度不大，可設置固定的破冰體；若水位變化較大，可設置浮式破冰體。

2.3 塑料薄膜引滑法

此方法是在河岸堤壩處設置表面光滑且具有一定的柔性的塑料薄膜，在堤壩處形成光滑的表面，使冰層在堤壩斜面處可以相對滑動，使冰層成為自由面，從而把冰層積蓄的機械能轉化為對水體做功，釋放冰層的靜冰壓力。實踐證明此方法簡單可行，成本低廉，效果明顯。

2.4 防凍吹冰法

在冰層下面的水流溫度隨著深度的增加而升高，一般可達0～4℃。防凍吹冰法就是利用這一特性，用壓縮空氣從水域深處射出溫暖的水流射向冰層，這股水流可以融化水域表面的冰層。在橋墩周圍使用這種方法，可持續保障橋墩不受冰層的影響。這種方法與人工破冰法相比成本更高，耗電量大，但是避免了人工作業的危險。對防治靜冰壓力有較好的效果。

2.5 壓力水射流法

壓力水射流法是通過冰層下部水通過潛水泵高壓噴射沖擊冰體，從而使冰層破壞，且水流會不斷擾動水體，形成部分不結冰的部分。同時還有將社水管安裝于水面以上的做法，稱為噴淋式。射水孔直徑一般在3～12mm，孔距0.5～1.0m，射水管一般埋置在在冰層下表面2～5m范圍內。此方法安裝簡單，射水水源可直接取自冰下水域，可有效的減少靜冰壓力。

2.6 保溫板法

保溫板法通常采用聚苯乙烯泡沫板做水面保溫，適用于防治靜冰壓力，聚苯乙烯材料具有較小的導熱系數，良好的力學性能，能夠持續保持橋墩附近的水面溫度場的穩定。一般選用的保溫板寬度為1.5～3m，厚度為10～15cm，鋪設時保溫板之間應連接緊密，不得留有間隙，周圍應牢固固定防止位移。實踐表明，在保溫板附近水域可形成部分不結冰的區域。但是保溫板的安裝質量受人工操作水平限制較大且暫不能實現自動化操作。

3 結 論

在設計階段應提高對冰壓力的認識，在防治冰壓力的實踐中，應當首先判斷冰壓力的類型，采取針對性的防治措施。同時，方法的選取要針對當地的條件，因地制宜的采取措施。此外，在橋梁的建設與日常管理階段應加強監管，及時處理，從源頭消除危害。

參考文獻

[1]任玉平，趙立志.水工建筑物凍害分析及防治措施分析探討[J].現代商貿工業，2017（30）：182～183.

[2]黃 焱，史慶增，宋 安.冰溫度膨脹力的有限元分析[J].水利學報，2005，36（3）：314～320.

收稿日期：2018-9-21