[发明专利]高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构及其施工方法

说明书

一种高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构及其施工方法，该结构包括具有迎水面和背水面的大坝，该迎水面具有水位变动区及第一位置、第二位置；在大坝迎水面混凝土表面设有一层第一防渗层，在该第一防渗层表面设有一层第一保温层；在大坝背水面混凝土表面设有一层第二保温层，在该第二保温层上设有一层第一防护层；在迎水面第一位置及第二位置之间的第一保温层内设有保温层防渗保护单元；在迎水面的第一保温层及防渗保护单元上设有一层第二防渗层；在该第二防渗层表面设有一个层抗冰层。本发明具有防渗、保温、抗冰的功能，防止大坝混凝土躯体裂缝产生及扩展，防止迎水面水位变动区保温层破损、吸水失效，防止水流冲刷导致磨损破坏，保证大坝安全运行。

技术领域

本发明涉及一种适用于高寒地区混凝土大坝的防渗-保温-抗冰防护一体化结构及其形成工法，特别是一种适用于迎水面水位变动区域的防渗-保温-抗冰防护的永久性防护结构，和适用于背水面的永久保温防护结构，及大坝溢流面和闸墩过流侧面的防渗抗冻融保温结构。同时，也适用于混凝土浇筑后1天以上弱龄期混凝土大坝的防渗-保温-抗冰防护。该一体化结构可以对混凝土大坝形成常年的维护保养。

背景技术

大坝混凝土所产生的裂缝，绝大多数都是表面裂缝，其中一部分迎水面裂缝会在水压力、温度应力、变形等外因作用下发展成为深层或贯穿性裂缝；此外大坝溢流面及过流闸墩侧面，由于过流冲蚀渗水等而产生混凝土磨损、龟裂、冻融破坏等也是很常见的病害，这些均影响大坝结构的安全运行和耐久性。引起表面裂缝的原因主要是干缩和温度应力等，对于混凝土干缩应力，在浇筑早期，可以通过表面洒水养护加以改善；而对于温度应力，由于外界气温变化和混凝土内外温度差的加大，是引起表面拉应力的主要因素，如寒潮和高寒地区的气温年变化。所以采用合适和有效的保温措施，再配之裂缝可追踪柔性防渗层的结构设计，将会在很大程度上减少混凝土裂缝的产生及扩展，从而提高高寒地区大坝的混凝土防渗、抗裂、抗冻融等性能，保证水库大坝安全运行。

美国早在20世纪50年代就开始重视混凝土坝体表面保温防渗。底特律坝和平顶岩坝用泡沫塑料板或纸板保温，索墩坝顶面采用砂层保温。日本不少工程采用泡沫塑料板加聚氯乙烯薄膜作为表面保温和养护材料。前苏联1957～1961年在西伯利亚严寒地区的布拉茨克重力坝中采用两层厚模板中填刨花的隔热材料，部分采用预制混凝土板。我国80年代后，泡沫塑料成为主要的保温材料，主要有聚苯乙烯泡沫塑料板、保温被、聚乙烯气垫薄膜、聚乙烯泡沫塑料板等，但普遍存在施工工艺复杂、保温效果不稳定、易脱落、老化等问题。

专利CN01259064、CN201220400905、CN201220444508、CN201410169983、CN201710827201、CN203346852U均提出了设置硬泡聚氨酯保温体系结构，但由于硬泡聚氨酯保温材料始于普通建筑物保温，在水工建筑物长期暴露、水浸泡、冲刷的使用环境下，该硬泡聚氨酯材料易吸水水解、易产生黄变、粉化的老化现象，从而失去保温功能，达不到保温效果，因此，永久保温层的防渗防护是十分必要的。此外，迎水面蓄水后，冰盖以下水温可保持在2～6度左右，在迎水面水位变动区域以下的部位设置蓄水前临时保温措施即能满足使用要求。对于溢流面和闸墩过流侧面需保温的部位而言，为防止泄洪时冲掉保温层造成环境污染和资源浪费，采用可拆卸及可二次利用的保温层是一种可持续发展的大坝保温防护结构。此外，在高寒地区，迎水面水位变动区域的冰盖随水位变动会产生上下移动，从力学角度分析，冰作用于表面主要有冰推力(热胀冷缩)和冰拔力(剪力及弯矩作用)。保温层在冰推力和冰拔力作用下易产生破坏并吸水，从而失去保温效果，在高寒地区考虑抗冰推、冰拔措施也是极其重要的。

传统的混凝土大坝防渗-保温结构需要等混凝土大坝达到强度后，才可以进行防渗层的施工，这极大地延长了施工进度，影响施工周期，因此研究一种适用于弱龄混凝土大坝的防渗-保温-抗冰结构是必要的。另外，大坝在放流或雨雪作用下，溢流面和闸墩过流侧面易出现冲磨、溶蚀、冻融等破坏老化现象，因此在溢流面和闸墩过流侧面设置防渗保温防护结构是必要的。

发明内容