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【摘 要】水工建筑顾名思义是指那些为了储备水资源，预防水涝灾害而建成的建筑物。由于水工建筑长期接触到水的特殊因素，在零度以下时，水变成了冰，就不得不考虑到建筑抗冻的能力了。在水工建筑过程中，若能够提高钢筋混凝土对冰冻条件的耐受力及施工技术水平，那么对于水工建筑方向的研究将会起到重要的作用，并且将减轻国家水工建筑经费的负担，利国利民。
【关键词】水工建筑物；抗冻；混凝土
0.前言
以我国北方地区为例，一年四季，冷热交替。所以由冬季到春季的过渡阶段冰融现象十分常见。由于冰雪经一个冬天都会覆盖水工混凝土建筑物表面，当其融化成水时会渗透到建筑物表层的混凝土中。长此以往会使混凝土表面松懈，俗称“往下掉渣”，极大的影响了混凝土的力学强度，严重的会使水工建筑物大面积损坏甚至崩塌。所以根据相应的抗冻保护措施对水工建筑物加强管理，若是能够防止混凝土力学强度降低是最好不过的。
1.充分了解水工建筑的外部影响因素
1.1注意温度对水工建筑的影响
混凝土表面和内部的散热条件有所不同，温度外低内高，形成温差梯度。混凝土内部的温度控制由内部埋设热电耦测温，掌握混凝土内部的温升变化及内部最高温度的发生时间，通过蓄热保温使混凝土内外温差控制在25℃以内。混凝土外部直接与空气接触，其外部温度即为天气气温。只有了解了水工建筑物冻结期内的天气气温的变化情况，才能更好的分析其对建筑的影响。其中包括年平均气温，最冷月平均气温，日平均最低气温，结冰期天气升温的变化情况。温度对水工建筑的影响是十分重要的，应该引起研究人员的重视。
1.2注意冻胀土对水工建筑的影响
了解冻结期及冻结前土的物理力学特性，土的类型；冻结前土的含水量，土的极限摩阻力；冻结期冻土的热学参数，标准冻深，设计冻深基础下土的冻深，地表冻胀土及土的冻胀性级别。所谓的冻胀土一般指的都是季节性冻胀土，而土层发生冻胀的原因归结起来是在寒冷的季节，当地的水会冻结成冰而使自身的体积发生膨胀，在水冻结的过程中也加速了当地的土层发生冻结，并且使得冻结土层的含水量越来越多，土地冻结的面积也越来越大。不同土体类型的冻胀程度是不同的，例如，一般来说，细粒土的冻胀程度是比较严重的，而粘土、粉质亚粘土、粉质亚砂土以及含较多细颗粒的土体使得冻胀时吸收的水分更加的多，结果导致这几类土体的冻胀量是最大的。当冻胀量增大时，可想而知，地基变形会直接导致上层建筑的不稳定或破坏。所以研究冻胀土是对水工建筑极为重要的方向之一。
1.3注意水工建筑与投入使用时的运营情况
在混凝土施工过程中，必须根据情况的不同，选择含有矿物成份不同与性能不同的外加剂、骨料、水泥。从材料方面来保证混凝土耐久性能，打好混凝土冻胀性破坏的预防工作，之后如果发生了混凝土的冻胀性破坏也要做好处理的准备。防止水工建筑周围结冰是保护水工建筑最直接的方法之一，主要措施有挠动水面防冻法和加热防冻法。这两种方法的优点是直接有效，但是缺点则是耗费大量的资源。为了提高水工建筑物的稳定安全系数，强度安全系数，保证建筑物在正常的允许变形量范围内。监管部门要使水下结构和构件及混凝土抗冻等级及抗冻混凝土等级符合国家标准。现实中存在水利部门对水工建筑出现的冻胀破坏现象重视不足，管理松懈的情况，并且对水工建筑的养护和维修没有及时进行的现象。为了保证水工建筑的质量，需要水利相关部门加强管理工作，提高对水工建筑的养护。防止水工建筑因混凝土冻胀性被破坏 对于混凝土的冻胀性要做到事先预防、事中治理。
2.准确预计水工建筑物抗冻性能
2.1采取多次实验分析混凝土抗冻融性能
在混凝土施工进程中掺加减水剂或者是引气剂可以让混凝土的内部结发生改变，进而对混凝土冻胀的作用产生改变。这种一般都用来提高混凝土的抗冻性，以便大大降低混凝土的冻胀应力。现经试验证明，在混合骨料混凝土冻融25次后，浮石吸水增加的质量大于混凝土由于冻融作用减少的质量，混凝土的质量损失为负值。在相同的冻融次数下，随着轻骨料的含量减少质量损失逐渐增大。同样实验情况下，采用碎石粉末冻融循环25次后强度损失增加幅度明显上升，曲线出现折点表示该种未添加混合骨料的混凝土强度损失较大，这说明轻骨料对混凝土冻融现象有所抑制。此外，在混凝土的施工时要注意施工工艺的选择与土层冻胀性的关系，配合比、硬化条件、混凝土的施工等都会与冻胀性的影响产生关系。
2.2了解冰冻期和非冰冻期水工建筑物的荷载能力
抗冰冻设计的荷载是指在冻结期内作用在建筑物上的荷载。荷载使建筑物产生的内力、变形称为荷载效应。它包括正常荷载和冰冻荷载，均为基本设计荷载。正常荷载是指建筑物结构，其上部填料，永久设备自重和冰层下水压力，扬压力，泥沙压力，暖土压力；冰冻荷载是指切向冻胀力，法向冻胀力，水平向冻胀力，冻胀反力和冰压力。在非冰冻期还包括渗透水荷载。渗透水荷载：渗入建筑物和地基中的水在流动过程中对建筑物的作用，有水流渗过的物体，处处受到渗流静水压力和动水压力的作用。在冰冻时期主要包括冰压力，冰压力的作用对于低坝、闸墩、胸墙及闸门等结构影响很大。
2.3估计水工建筑物不同结构的荷载能力
考虑水工建筑物不同结构的荷载能力的特点分述如下：以桩，柱，墩为基础的桥渡建筑物，荷载有自贡及上部结构重力，切向冻胀力，暖土摩檫阻力。当底部为扩大式基础时还应计入冻胀反力。除此之外，还有斜坡建筑。对于斜坡上的桩，柱，墩基础，应同时考虑水平冻胀力对桩，柱，墩的水平推力和切向冻胀力的作用。对于水工建筑物复杂的结构而言，还需考虑到荷载组合问题。正常运用情况下的基本荷载组合，要求在各种可能的基本荷载组合作用下，建筑物保持正常功能，另一类为非常运用情况下的特殊荷载组合，在遭遇到特殊荷载组合作用时，建筑物即使不能发挥效用，也应控制建筑物损害限度。
3.科学确定水工建筑物施工结构布局
3.1根据当地地理位置确定水工建筑物方位
当满足了温度，土地，施工环境等等这些条件外，设计者对于当地的地理情况对水工建筑的抗冻能力作以统计。设计方案应充分考虑到建筑物所在的经纬度及当天气或季节变化时气候的特征。地理位置的选择就显得尤为重要，地理与土地相关联就应考虑冻土冻胀级别，应该如何去消弱冻胀情况等。地理位置也和水资源密不可分，例如，地下水的水位，流水量，水速和结冰后的膨胀率等等，诸如此类都需要仔细斟酌。其中最为重要的是冻胀性较弱的地方应重点关注冰清和冰压力的情况。所以选择施工条件合适的地理方位是施工的先决条件，应考虑许多的因素。
3.2考虑多种因素设计水工建筑物结构
在建造水工建筑物时外部结构是最易引起人关注的，因为人们最直接的便是从外部去谈论并且评价一个建筑。水工建筑的外部构造应兼具实用和美观的性能。虽然建筑的外部结构容易被人们所议论，但是最主要的还是建筑内部的稳定性能。建筑的结构应按常规设置和抗冰冻要求进行工程布置和结构型式的选择。考虑的因素主要从以下方面考虑进行工程布置：应满足常规设计的水流，防渗，稳定，结构强度，地基稳定和构造要求等。
4.结语
水工建筑物与我们的生活息息相关。虽然，平日只是感觉水工建筑是那样的庞大，与我们日常生活又相距甚远。但是，如今静下来想一想：每天喝的水，用的电。当下暴雨时，为何自己生活的地方可以安然无恙，为何炎炎烈日下还会有新鲜的蔬菜和水果。这一切，看似平淡无奇的事情，却都多亏了有水工建筑物的保护与祖国的大力投入，高瞻远瞩。
【参考文献】
[1]李铁玲.水工抗冻设计方法.渠系水工抗冻知识讲座[J].水利天地，2012.
[2]陈然.季节性冻土地抗冻拔性分析[D].哈尔滨工业大学，2013.
【关键词】水工建筑物；抗冻；混凝土
0.前言
以我国北方地区为例，一年四季，冷热交替。所以由冬季到春季的过渡阶段冰融现象十分常见。由于冰雪经一个冬天都会覆盖水工混凝土建筑物表面，当其融化成水时会渗透到建筑物表层的混凝土中。长此以往会使混凝土表面松懈，俗称“往下掉渣”，极大的影响了混凝土的力学强度，严重的会使水工建筑物大面积损坏甚至崩塌。所以根据相应的抗冻保护措施对水工建筑物加强管理，若是能够防止混凝土力学强度降低是最好不过的。
1.充分了解水工建筑的外部影响因素
1.1注意温度对水工建筑的影响
混凝土表面和内部的散热条件有所不同，温度外低内高，形成温差梯度。混凝土内部的温度控制由内部埋设热电耦测温，掌握混凝土内部的温升变化及内部最高温度的发生时间，通过蓄热保温使混凝土内外温差控制在25℃以内。混凝土外部直接与空气接触，其外部温度即为天气气温。只有了解了水工建筑物冻结期内的天气气温的变化情况，才能更好的分析其对建筑的影响。其中包括年平均气温，最冷月平均气温，日平均最低气温，结冰期天气升温的变化情况。温度对水工建筑的影响是十分重要的，应该引起研究人员的重视。
1.2注意冻胀土对水工建筑的影响
了解冻结期及冻结前土的物理力学特性，土的类型；冻结前土的含水量，土的极限摩阻力；冻结期冻土的热学参数，标准冻深，设计冻深基础下土的冻深，地表冻胀土及土的冻胀性级别。所谓的冻胀土一般指的都是季节性冻胀土，而土层发生冻胀的原因归结起来是在寒冷的季节，当地的水会冻结成冰而使自身的体积发生膨胀，在水冻结的过程中也加速了当地的土层发生冻结，并且使得冻结土层的含水量越来越多，土地冻结的面积也越来越大。不同土体类型的冻胀程度是不同的，例如，一般来说，细粒土的冻胀程度是比较严重的，而粘土、粉质亚粘土、粉质亚砂土以及含较多细颗粒的土体使得冻胀时吸收的水分更加的多，结果导致这几类土体的冻胀量是最大的。当冻胀量增大时，可想而知，地基变形会直接导致上层建筑的不稳定或破坏。所以研究冻胀土是对水工建筑极为重要的方向之一。
1.3注意水工建筑与投入使用时的运营情况
在混凝土施工过程中，必须根据情况的不同，选择含有矿物成份不同与性能不同的外加剂、骨料、水泥。从材料方面来保证混凝土耐久性能，打好混凝土冻胀性破坏的预防工作，之后如果发生了混凝土的冻胀性破坏也要做好处理的准备。防止水工建筑周围结冰是保护水工建筑最直接的方法之一，主要措施有挠动水面防冻法和加热防冻法。这两种方法的优点是直接有效，但是缺点则是耗费大量的资源。为了提高水工建筑物的稳定安全系数，强度安全系数，保证建筑物在正常的允许变形量范围内。监管部门要使水下结构和构件及混凝土抗冻等级及抗冻混凝土等级符合国家标准。现实中存在水利部门对水工建筑出现的冻胀破坏现象重视不足，管理松懈的情况，并且对水工建筑的养护和维修没有及时进行的现象。为了保证水工建筑的质量，需要水利相关部门加强管理工作，提高对水工建筑的养护。防止水工建筑因混凝土冻胀性被破坏 对于混凝土的冻胀性要做到事先预防、事中治理。
2.准确预计水工建筑物抗冻性能
2.1采取多次实验分析混凝土抗冻融性能
在混凝土施工进程中掺加减水剂或者是引气剂可以让混凝土的内部结发生改变，进而对混凝土冻胀的作用产生改变。这种一般都用来提高混凝土的抗冻性，以便大大降低混凝土的冻胀应力。现经试验证明，在混合骨料混凝土冻融25次后，浮石吸水增加的质量大于混凝土由于冻融作用减少的质量，混凝土的质量损失为负值。在相同的冻融次数下，随着轻骨料的含量减少质量损失逐渐增大。同样实验情况下，采用碎石粉末冻融循环25次后强度损失增加幅度明显上升，曲线出现折点表示该种未添加混合骨料的混凝土强度损失较大，这说明轻骨料对混凝土冻融现象有所抑制。此外，在混凝土的施工时要注意施工工艺的选择与土层冻胀性的关系，配合比、硬化条件、混凝土的施工等都会与冻胀性的影响产生关系。
2.2了解冰冻期和非冰冻期水工建筑物的荷载能力
抗冰冻设计的荷载是指在冻结期内作用在建筑物上的荷载。荷载使建筑物产生的内力、变形称为荷载效应。它包括正常荷载和冰冻荷载，均为基本设计荷载。正常荷载是指建筑物结构，其上部填料，永久设备自重和冰层下水压力，扬压力，泥沙压力，暖土压力；冰冻荷载是指切向冻胀力，法向冻胀力，水平向冻胀力，冻胀反力和冰压力。在非冰冻期还包括渗透水荷载。渗透水荷载：渗入建筑物和地基中的水在流动过程中对建筑物的作用，有水流渗过的物体，处处受到渗流静水压力和动水压力的作用。在冰冻时期主要包括冰压力，冰压力的作用对于低坝、闸墩、胸墙及闸门等结构影响很大。
2.3估计水工建筑物不同结构的荷载能力
考虑水工建筑物不同结构的荷载能力的特点分述如下：以桩，柱，墩为基础的桥渡建筑物，荷载有自贡及上部结构重力，切向冻胀力，暖土摩檫阻力。当底部为扩大式基础时还应计入冻胀反力。除此之外，还有斜坡建筑。对于斜坡上的桩，柱，墩基础，应同时考虑水平冻胀力对桩，柱，墩的水平推力和切向冻胀力的作用。对于水工建筑物复杂的结构而言，还需考虑到荷载组合问题。正常运用情况下的基本荷载组合，要求在各种可能的基本荷载组合作用下，建筑物保持正常功能，另一类为非常运用情况下的特殊荷载组合，在遭遇到特殊荷载组合作用时，建筑物即使不能发挥效用，也应控制建筑物损害限度。
3.科学确定水工建筑物施工结构布局
3.1根据当地地理位置确定水工建筑物方位
当满足了温度，土地，施工环境等等这些条件外，设计者对于当地的地理情况对水工建筑的抗冻能力作以统计。设计方案应充分考虑到建筑物所在的经纬度及当天气或季节变化时气候的特征。地理位置的选择就显得尤为重要，地理与土地相关联就应考虑冻土冻胀级别，应该如何去消弱冻胀情况等。地理位置也和水资源密不可分，例如，地下水的水位，流水量，水速和结冰后的膨胀率等等，诸如此类都需要仔细斟酌。其中最为重要的是冻胀性较弱的地方应重点关注冰清和冰压力的情况。所以选择施工条件合适的地理方位是施工的先决条件，应考虑许多的因素。
3.2考虑多种因素设计水工建筑物结构
在建造水工建筑物时外部结构是最易引起人关注的，因为人们最直接的便是从外部去谈论并且评价一个建筑。水工建筑的外部构造应兼具实用和美观的性能。虽然建筑的外部结构容易被人们所议论，但是最主要的还是建筑内部的稳定性能。建筑的结构应按常规设置和抗冰冻要求进行工程布置和结构型式的选择。考虑的因素主要从以下方面考虑进行工程布置：应满足常规设计的水流，防渗，稳定，结构强度，地基稳定和构造要求等。
4.结语
水工建筑物与我们的生活息息相关。虽然，平日只是感觉水工建筑是那样的庞大，与我们日常生活又相距甚远。但是，如今静下来想一想：每天喝的水，用的电。当下暴雨时，为何自己生活的地方可以安然无恙，为何炎炎烈日下还会有新鲜的蔬菜和水果。这一切，看似平淡无奇的事情，却都多亏了有水工建筑物的保护与祖国的大力投入，高瞻远瞩。
【参考文献】
[1]李铁玲.水工抗冻设计方法.渠系水工抗冻知识讲座[J].水利天地，2012.
[2]陈然.季节性冻土地抗冻拔性分析[D].哈尔滨工业大学，2013.