[0001]
本发明属于水上建筑维护技术领域，具体涉及一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法。
背景技术：
[0002]
地处中温带大陆性季风气候的大桥项目，气候寒冷，冬季(最低气温)在-20℃以下的日数长达90-100天；年均无霜期为60-130天，初霜在9月中旬初，终霜在5月中旬，最大冰冻深度2.65米，最大冰层厚度为0.65-1.74m厚不等。项目跨越地方水库，水库长560m，水深12-15m，水中设有大临设施钢栈桥和桥梁永久性建筑桩基和承台，若在库区水冻冰前未采取有效措施，桥梁结构在冰荷载作用下，其下部结构可能发生强度破坏、高应力疲劳破坏、基础倾斜与倾覆等损伤，从而降低结构的耐久性和使用寿命，过大的结构位移不但影响行车安全，也可能引起上部结构、支座和附属结构的损坏。
[0003]
目前有关寒区水库冰层对桥梁结构作用的研究难以满足设计需要，使得寒区水库桥梁抗冰设计缺乏依据，难以保证桥梁的安全性、经济性以及正常运营，具体表现为：
[0004]
1、水库中的桥墩固结于冰层内，所受冰荷载与流冰荷载完全不同，而我国桥梁设计规范中的冰荷载取值只适用于河流和海洋等流冰作用情况，水工建筑物设计规范也没有水库水域内冰层固结墩柱所受冰荷载的规定。目前，水库桥梁抗冰设计缺乏规范依据；
[0005]
2、寒区水库冰层开裂是一种普遍的自然现象，冰层开裂后，随着裂缝开展和冰层生长，冰体发生较大变形，导致与冰接触的结构物产生大变形或损坏。目前，缺乏冰层开裂状态的计算方法，使得冰层开裂对桥梁的作用反应无法预测；
[0006]
3、水库冰层对桥梁作用持续时间较长，混凝土结构会因长期开裂导致耐久性降低，也会因为地基塑性变形、混凝土徐变导致桥墩倾斜，甚至会因反复作用导致疲劳损伤。目前，现有研究成果尚不能满足寒区水库桥梁变形、耐久性及疲劳损伤设计计算的需要；
[0007]
4、库区新建桥梁可以通过提高结构承载力以满足抗冰需要，但需付出高昂代价；新建水库中的旧桥可能因承载力不足需要加固或采取防冰措施。
[0008]
目前寒区水库中建筑物无法保证通过自身结构强度抵抗冰荷载，采用合理的抗冰防护措施可以有效消除或减少桥梁所受冰荷载，常用的抗冰防护措施可分为三种：1、为开槽破冰法，即采用沿结构周边将冰层凿除或开槽减小冰层厚度的方式，避免冰荷载作用或结构减小所受冰荷载。人工开槽破冰是早期水库桥梁抗冰最常用的有效方法。破冰开槽作业具有危险性，且耗费人力物力多，目前使用逐渐减少；2、采用吹气活水防冻、机械搅动活水防冻、加热防冻等方法避免结构物周围结冰，使冰荷载无法直接作用于结构物上，该方法存在消耗能量大、设备维护费用高、运营可靠性不稳定等缺点；3、采用局部增强式护坡或迫使冰层爬坡的方式来削弱冰荷载对结构物的作用，该方法多用于河流或海洋桥梁抗冰，抗冰装置可设计成不同的形状达到不同抗冰需要。该类抗冰措施用于流冰荷载可发挥良好的效果，由于水库冰层较厚，且水库静冰荷载不同于河流的流冰作用方向明确，其作用方向具有不确定性，因此该类抗冰措施无法满足水库桥梁的抗冰要求。
[0009]
综合目前国内外库区抗冰防护方法的基础上，项目自行设计了针对高寒地区预防冰层断裂移位的预防处理方法，对冰层移位进行预防处理，从而减少对水中建筑物的危害。
技术实现要素：
[0010]
本发明的目的在于提供一种可对冰层断裂带产生一定干预，使冰层沿既定的方向进行断裂，冰层产生的侧推应力沿设定走向集中产生，对库区确保水中建筑物使用安全的一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法。
[0011]
为实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0012]
本发明提供一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，包括以下步骤：在距离水库中建筑物50-100m处设置隔离漂浮带，隔离漂浮带的两端分别固定于水库两岸，隔离漂浮带上设置有固定装置，固定装置用以固定隔离漂浮带保证其沿直线延伸。
[0013]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述隔离漂浮带由若干密封容器和连接绳组成，所述连接绳依次穿过若干密封容器构成隔离漂浮带。
[0014]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述密封容器为浮桶，所述浮桶的顶部设置有固定环，所述固定环的数量为两个，两个所述固定环关于所述浮桶的中心相对称；
[0015]
所述连接绳的数量为两条，一条依次穿过浮桶的其中一个固定环，另一条依次穿过浮桶的另一个固定环实现对浮桶的连接固定，构成隔离漂浮带。
[0016]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述密封容器位于水面上方的高度＞10cm，所述密封容器位于水面下方的高度≥2/3冰层厚度，相邻两个密封容器之间的距离为零。
[0017]
当密封容器为浮桶时，因浮桶的顶部设置有桶盖，为防止从桶盖与桶身连接处渗水，需保证密封容器的顶部与水面之间的距离＞10cm。
[0018]
为使密封容器的一部分能浸没于水中，需要向密封容器内灌沙，灌沙的量为：m
沙
g＝ρ
水
gv
排
计算每个浮桶内的灌沙量。
[0019]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述连接绳为钢丝绳。
[0020]
若水库水流流速为：v＝0.025m/s，产生水流动压：
[0021]
由mgh＝mv2/2，即gh＝v2/2推出：
[0022]
p＝ρgh＝ρv2/2＝1000
×
0.0252/2＝0.3125pa
[0023]
若浮桶带有0.6m处于水中，所受均布水流荷载为q＝ph＝0.3125
×
0.6＝0.1875n/m。
[0024]
每50m设置一个锚碇，则单个锚碇重量所需重量计算如下：
[0025]
水流荷载：0.1875
×
50＝9.375n，摩擦系数取0.2，锚链与水面夹角取70
°
；
[0026]
锚碇重量：[9.375
÷
0.2+9.375
÷
cos(70
°
)
×
sin(70
°
)]
÷
0.8
÷
9.8＝9.3kg。
[0027]
浮桶带设计矢高f
v
＝1m，长度为530m，钢丝绳轴力为：
[0028][0029]
按缆索考虑安全系数k＝2.0，即主索设计承载力为13.16kn，设计拉力按15kn设计；钢丝绳应选择1670mpa钢绞线，设计牵引钢绞线安全系数2.5；
[0030]
根据公式：πd2/4
×
1670≥2.5
×
15
×
103，推出d≥5.35mm，即采用10mm的钢丝绳可满足要求。
[0031]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述河流两岸均设置有混凝土锚碇或型钢锚碇，所述连接绳的两端分别与河流两岸的混凝土锚碇或型钢锚碇固定连接。
[0032]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述隔离漂浮带上所设固定装置为混凝土锚碇或型钢锚碇，所述隔离漂浮带上两个相邻固定装置的距离为50m，优选地，所述固定装置与所述隔离漂浮带通过固定绳连接，所述固定绳的一端与所述隔离漂浮带固定连接，所述固定绳的另一端与所述固定装置固定连接，实现对隔离漂浮带的固定。
[0033]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所有固定装置顶面中点的连线为直线，优选地，所述固定绳为钢丝绳。
[0034]
上述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，作为一种优选的实施方案，所述钢丝绳的直径≥6mm。
[0035]
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明所述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法可对冰层断裂带产生一定干预，使冰层沿既定的方向进行断裂，冰层产生的侧推应力沿设定走向集中产生，能够有效避免水中建筑的变形，对库区确保水中建筑物使用安全；
[0036]
本发明所述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法可根据库区水面宽度，一次性设置浮桶带，从而改变冰层断裂带，避免重复性操作；
[0037]
本发明所述一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法操作简单，避免二次进行水上作业，降低安全风险。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0039]
实施例1
[0040]
一种适用于高寒库区改变冰层变位的方法，包括以下步骤：
[0041]
在库区水面两岸各设置一处混凝土锚碇，采用挖掘机将锚碇四周土方回填并进行夯实。
[0042]
向浮桶中灌沙，待灌沙完成后封闭桶盖，确保水无法进入，在浮桶的顶部设置有固定环，所述固定环的数量为两个，两个所述固定环关于所述浮桶的中心相对称，钢丝绳的数
量为两条，一条依次穿过浮桶的其中一个固定环，另一条钢丝绳依次穿过浮桶的另一个固定环实现对浮桶的连接固定，构成隔离漂浮带；
[0043]
在钢丝绳上固定混凝土锚碇(或型钢锚碇)时，可以采用钢丝绳穿过的方式，也可以采用钢丝绳缠绕的方式。
[0044]
向浮桶中灌沙时，需保证当漂浮带位于水中时，浮桶位于水面上方的高度＞10cm，浮桶位于水面下方的高度≥2/3冰层厚度(该处冰层厚度指最厚处的冰层厚度)，且相邻两个密封容器之间的距离为零。
[0045]
将隔离漂浮带通过浮船抛入水中，并将隔离漂浮带的钢丝绳采用卷扬机进行拉直，然后将钢丝绳的两端分别固定于水库两岸的混凝土锚碇上，使隔离漂浮带距离水库中建筑物的距离为50-100m。
[0046]
在隔离漂浮带上设置固定装置，即在所述隔离漂浮带上设置混凝土锚碇或型钢锚碇，且相邻两个固定装置的距离为50m，优选地，所述固定装置与所述隔离漂浮带通过固定绳连接，所述固定绳的一端与所述隔离漂浮带固定连接，所述固定绳的另一端与所述固定装置固定连接，实现对隔离漂浮带的固定；作为一种优选地实施方案，所述固定绳为钢丝绳；
[0047]
为保证安全，所述钢丝绳的直径应≥6mm。
[0048]
将混凝土锚碇或型钢锚碇通过浮船运送到相应位置，并通过钢丝绳与隔离漂浮带固定连接，然后将其抛入水中，实现对隔离漂浮带的固定；且所述固定装置顶面中点的连线为直线，以保证隔离漂浮带沿直线延伸。
[0049]
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。