寒冷地区桥墩冰压力的防护措施

王月新

摘 要：我国幅员辽阔，北纬35°以北地区水域均会发生冰冻现象，并可能形成局部的冰层。处在水域之中的桥墩常常因冰压力造成破坏，对人民生命财产安全构成极大地威胁，因此，桥梁的建设与管理单位应采取必要的防护措施。本文介绍冰压力的主要成因，并总结几种比较常用的防护措施可供参考。

关键词：桥墩；冰压力；防治措施

中图分类号：U441 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0193-01

引 言

冻害现象直接关系着结构本身的安全与寿命等要素[1]，我国松花江地区一个水文年中的封冻时期长达四个半月[2]。经历一个完整的冬季，随着外界气温的变化，冰层将对桥墩产生不同形式的作用力，主要可分為静冰压力与动冰压力。针对两种形式的作用力，减小冰压力的原理也不尽相同，针对不同类型冰压力应采取与之相适应的手段。

1 冰压力的主要成因

1.1 静冰压力

冰层的静冰压力指的是指冰层在外界气温的影响下，受热产生体积膨胀，而水域中的水工结构物阻止了冰层的自由变形，因而冰层对结构物产生的挤压作用。当冰层厚度不大时，静冰压力不会很大；当冰层厚度达到一定的规模时，将会产生较大的压力，长期如此会导致混凝土表面酥松剥落，导致桥墩强度下降。

1.2 动冰压力

冰层的动冰压力指冰层在春初时开始融化，解冻为大小不一的冰排，在水流和风的共同作用下自由漂浮，对阻碍其运动的结构物产生的冲击压力。根据调查表明，由于设计中忽视动冰压力的作用而造成桥墩剪切破坏的例子屡见不鲜，冰排体积越大，往往对桥墩产生的剪切力也越大，影响桥墩的稳定性。

2 冰压力的主要防治措施

在桥梁的设计阶段，冰压力应当给予充分的重视，设计阶段主要控制方向有：原材料、混凝土配合比、环境因素、施工和养护条件、设计构造因素。但是由于我国对冰压力研究起步较晚且认识不足，很多桥梁未把冰压力作为设计的影响因素考虑进去，针对这些桥梁，可采用以下方法减轻冰压力：

2.1 人工破冰法

此方法适用于防治静冰压力，一般每隔2～3d，采取人工或者机械在桥墩周围开凿0.5～1.5m宽的水槽，从而避免冰层与桥墩的接触，隔断冰压力的传递。开槽后产生的碎冰要及时捞出，否则会继续冻结。如果运用机械开凿，要求考虑冰层能承受机械的重力，防止意外发生。

2.2 设置破冰体法

此方法是在桥墩周围设置锥形的破冰体，同时适用于防治静冰压力与动冰压力。破冰体可把冰层对结构的水平力分解为水平力和垂直力，同时利用冰层的挠曲减小冰压力。冰压力随着破冰体的竖向前棱倾角角度减小而减小。若每年水域的水位变化幅度不大，可设置固定的破冰体；若水位变化较大，可设置浮式破冰体。

2.3 塑料薄膜引滑法

此方法是在河岸堤坝处设置表面光滑且具有一定的柔性的塑料薄膜，在堤坝处形成光滑的表面，使冰层在堤坝斜面处可以相对滑动，使冰层成为自由面，从而把冰层积蓄的机械能转化为对水体做功，释放冰层的静冰压力。实践证明此方法简单可行，成本低廉，效果明显。

2.4 防冻吹冰法

在冰层下面的水流温度随着深度的增加而升高，一般可达0～4℃。防冻吹冰法就是利用这一特性，用压缩空气从水域深处射出温暖的水流射向冰层，这股水流可以融化水域表面的冰层。在桥墩周围使用这种方法，可持续保障桥墩不受冰层的影响。这种方法与人工破冰法相比成本更高，耗电量大，但是避免了人工作业的危险。对防治静冰压力有较好的效果。

2.5 压力水射流法

压力水射流法是通过冰层下部水通过潜水泵高压喷射冲击冰体，从而使冰层破坏，且水流会不断扰动水体，形成部分不结冰的部分。同时还有将社水管安装于水面以上的做法，称为喷淋式。射水孔直径一般在3～12mm，孔距0.5～1.0m，射水管一般埋置在在冰层下表面2～5m范围内。此方法安装简单，射水水源可直接取自冰下水域，可有效的减少静冰压力。

2.6 保温板法

保温板法通常采用聚苯乙烯泡沫板做水面保温，适用于防治静冰压力，聚苯乙烯材料具有较小的导热系数，良好的力学性能，能够持续保持桥墩附近的水面温度场的稳定。一般选用的保温板宽度为1.5～3m，厚度为10～15cm，铺设时保温板之间应连接紧密，不得留有间隙，周围应牢固固定防止位移。实践表明，在保温板附近水域可形成部分不结冰的区域。但是保温板的安装质量受人工操作水平限制较大且暂不能实现自动化操作。

3 结 论

在设计阶段应提高对冰压力的认识，在防治冰压力的实践中，应当首先判断冰压力的类型，采取针对性的防治措施。同时，方法的选取要针对当地的条件，因地制宜的采取措施。此外，在桥梁的建设与日常管理阶段应加强监管，及时处理，从源头消除危害。

参考文献

[1]任玉平，赵立志.水工建筑物冻害分析及防治措施分析探讨[J].现代商贸工业，2017（30）：182～183.

[2]黄 焱，史庆增，宋 安.冰温度膨胀力的有限元分析[J].水利学报，2005，36（3）：314～320.

收稿日期：2018-9-21