CN110055933A - 一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构及其施工方法，属于水利水电工程中保温防渗结构领域。内置柔性辅助防渗层涂刷于大坝迎水面，该内置柔性辅助防渗层外依次是聚氨酯硬泡永久保温层、预制清水钢筋混凝土保护板，坝面预埋固定装置一端锚固于坝内，另一端位于聚氨酯硬泡永久保温层中，连接固定装置一端位于抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板内、另一端与坝面预埋固定装置螺纹连接，预制清水钢筋混凝土保护板四周边缘内预埋护角角钢。本发明防渗和保温效果显著，整体性好，运行可靠安全，便于快速施工，较好地解决了现阶段严寒地区大坝迎水面水位变动区部位永久保温防渗结构存在的问题，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程中保温防渗结构领域，尤其涉及严寒地区大坝迎水面水位变动区部位的一种抗冰拔永久保温防渗结构及其施工方法。
背景技术
地处严寒地区的混凝土坝，寒潮来袭或冬季时节，大坝上下游表面混凝土温度梯度、内外温差均很大，为了消减大坝表面温度梯度，控制大坝表面温度应力，防止大坝危害性裂缝的产生，须对大坝外表面进行永久保温。
目前，大坝施工中表面保温主要采用泡沫塑料，采取适当措施后，泡沫塑料板兼有保温和保湿功能。泡沫塑料有聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、酚醛、脲醛、氮素尿等多种。
传统的做法是用聚苯乙烯和聚氨脂泡沫塑料做大坝的外保温，但在表面裸露条件下，因阳光直射和风化作用，聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料都会老化，特别是严寒地区大坝迎水面水位变动区部位，由于附加冰压、冰冻和冰拔作用，同时承受库水位频繁升降、饱和与干燥频繁交替等实际运行环境，大坝外保温层很容易起拱变形、脱落破坏，进而影响大坝保温效果和外观质量。
因此，发明一种适用于严寒地区大坝迎水面水位变动区部位的抗冰拔永久保温防渗结构及其施工方法，已成水利水电工程界亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明提供一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构及其施工方法，以解决严寒地区大坝外保温层很容易起拱变形、脱落破坏，进而影响大坝保温效果和外观质量的问题。
本发明采取的技术方案是：一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，包括坝面预埋固定装置、内置柔性辅助防渗层、聚氨酯硬泡永久保温层、预制清水钢筋混凝土保护板、连接固定装置、护角角钢、牛腿，其中内置柔性辅助防渗层涂刷于大坝迎水面，该内置柔性辅助防渗层外依次是聚氨酯硬泡永久保温层、预制清水钢筋混凝土保护板，坝面预埋固定装置一端锚固于坝内，另一端位于聚氨酯硬泡永久保温层中，连接固定装置一端位于抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板内、另一端与坝面预埋固定装置螺纹连接，预制清水钢筋混凝土保护板四周边缘内预埋护角角钢，所述聚氨酯硬泡永久保温层和预制清水钢筋混凝土保护板底部置于支撑牛脚上。
本发明所述坝面预埋固定装置采用L型镀锌光圆锚筋。
本发明所述内置柔性辅助防渗层采用热固型聚脲树脂高分子材料。
本发明所述聚氨酯硬泡永久保温层采用浇筑式聚氨酯硬泡材料。
本发明所述相邻预制清水钢筋混凝土保护板的上下边缘采用咬合搭接。
一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)、进行坝面清理，用环氧胶泥对坝面上的眼、洞或缝隙进行填补并喷涂底漆，而后进行辅助防渗层的涂刷；
(2)将预制清水钢筋混凝土保护板从下至上利用坝面预埋固定装置和连接固定装置进行安装定位和拼装固定，底部支撑于牛腿上，中间预留聚氨酯硬泡永久保温层的空间；
(3)预制清水钢筋混凝土保护板拼装适当面积后，侧面和顶面密封，从顶部向空腔内浇筑聚氨酯硬泡形成聚氨酯硬泡永久保温层；
(4)重复上述拼装和浇筑程序，最后对预制清水钢筋混凝土保护板外表面进行清理。
所述步骤(1)中喷涂辅助防渗层的厚度是1.8mm～2.2mm。
本发明的有益效果是：
1)将大坝迎水面柔性辅助防渗结构和永久外保温结构有机结合，以达到坝面辅助防渗和坝体永久保温的双重目的；
2)内置柔性辅助防渗层采用新型热固型聚脲树脂高分子材料，该材料具有优越的防渗性、粘结性、低温柔韧性、耐腐蚀性、适应大变形性、高拉伸强度、快速固化等综合性能；
3)永久保温层采用浇筑式聚氨酯硬泡，保温效果好，无分缝分块，与辅助防渗材料以及外保护板黏结良好，无缝隙，相比传统粘贴拼接的EPS板或XPS板具有更好的保温效果和整体性；
4)外保护层采用预制清水混凝土板，外观整洁，不易受冰冻、冰压、冰拔而遭受破坏，耐久性好，同时兼做浇筑保温层的外模板，节省施工成本；板上下边缘采用SL型咬合搭接，四周角钢包边护角，安装定位误差小，拼装精度高；
5)采用内置螺栓固定拼装，相比一般的外露型锚栓固定系统更加可靠，不易被冰拔破坏，耐久性更好。同时，施工过程中极大降低了“冷桥”效应，也避免了焊接引发火灾的可能，增加了施工安全性；
6)外保护板边缘上下交错咬合，结构稳定；
7)本发明施工后所形成的永久保温防渗结构错落有致、层次分明，外观整洁，与大坝浑然一体，环境友好；
8)本发明所述的外保护板、预埋的固定装置等可在工厂批量预制生产，施工时预埋、装配简便，可有效缩短工期，节约工程投资。
本发明防渗和保温效果显著，整体性好，运行可靠安全，便于快速施工，从而保证了施工进度，并增加了施工安全性。较好地解决了现阶段严寒地区大坝迎水面水位变动区部位永久保温防渗结构存在的问题和技术局限性，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明平面布置示意图；
图2是图1的B-B剖面示意图；
图3是本发明坝面预埋固定装置和连接固定装置的结构示意图；
图4是图2中A位置局部放大图。
具体实施方式
一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，包括坝面预埋固定装置1、内置柔性辅助防渗层2、聚氨酯硬泡永久保温层3、预制清水钢筋混凝土保护板4、连接固定装置5、护角角钢6、牛腿7，其中内置柔性辅助防渗层2涂刷于大坝迎水面，该内置柔性辅助防渗层外依次是聚氨酯硬泡永久保温层3、预制清水钢筋混凝土保护板4，坝面预埋固定装置1一端锚固于坝内，另一端位于聚氨酯硬泡永久保温层3中，连接固定装置5一端位于抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板4内、另一端与坝面预埋固定装置1螺纹连接，预制清水钢筋混凝土保护板4四周边缘内预埋护角角钢6，所述聚氨酯硬泡永久保温层3和预制清水钢筋混凝土保护板4底部置于支撑牛脚7上；
坝面预埋固定装置1采用L型镀锌光圆锚筋；
内置柔性辅助防渗层2采用热固型聚脲树脂高分子材料；
聚氨酯硬泡永久保温层3采用浇筑式聚氨酯硬泡材料；
相邻预制清水钢筋混凝土保护板4的上下边缘采用SL型咬合搭接。
一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)、进行坝面清理，用环氧胶泥对坝面上的眼、洞或缝隙进行填补并喷涂底漆，而后进行辅助防渗层2的涂刷；
(2)将预制清水钢筋混凝土保护板4从下至上利用坝面预埋固定装置1和连接固定装置5进行安装定位和拼装固定，底部支撑于牛腿7上，中间预留聚氨酯硬泡永久保温层3的空间；
(3)预制清水钢筋混凝土保护板拼装适当面积后，侧面和顶面密封，从顶部向空腔内浇筑聚氨酯硬泡形成聚氨酯硬泡永久保温层3；
(4)重复上述拼装和浇筑程序，最后对预制清水钢筋混凝土保护板外表面进行清理；
所述步骤(1)中喷涂辅助防渗层的厚度是1.8mm～2.2mm。
下边结合具体实例对本发明做进一步说明。
根据丰满重建工程水库大坝温控仿真分析成果，在坝面采用聚氨酯材料进行永久保温，在最大温度拉应力满足要求的前提下，确定大坝上游面聚氨酯硬泡保温层3的厚度为a＝8cm，考虑混凝土所处环境类别、耐久性、吊装拼接以及用作浇筑聚氨酯硬泡永久保温层3外模板时的侧压力作用等因素，确定预制清水钢筋混凝土板4厚度d＝6cm，结构尺寸为b＝1.2m(宽)，c＝0.6m(高)，强度等级C40，抗渗等级W6，抗冻等级F400，板上下边缘SL型搭接尺寸e＝3cm，预制清水钢筋混凝土板4中间配网格筋一层，钢筋直径Φ12mm，网格大小为20cm×20cm，预制清水钢筋混凝土板4四周边缘预埋特定尺寸的角钢护角6。
丰满重建工程水库区最大冰厚为1m左右，根据静冰压力和冰层移动时冰拔力分布特征、单块混凝土板尺寸，通过抗冰拔和抗冰压验算，确定聚氨酯硬泡永久保温层3抗压缩强度应不小于500kPa，单块板需要的锚筋截面面积应不小于500mm2。根据抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板4结构尺寸、边缘搭接构造以及有利于拼装施工等因素，确定单块抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板4内预埋螺帽螺杆连接固定装置5，其采用直径为25mm的HPB300级镀锌光圆锚筋，中心分布于左右上角，横向及竖向到板边缘距离f＝15cm。外露部分制作为钢筋带螺母的形状，螺母内径25mm，考虑锚筋抗剪变形等因素，螺母中心距离抗冰拔预制清水钢筋混凝土板4边缘水平长度为4cm。
坝面预埋固定装置1采用直径为25mm，HPB300级镀锌光圆锚筋，位置与抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板4内置锚筋相对应，坝内锚固长度为1m，外露部分为倒L形，其中向上弯折部分为带垫、直径25mm的螺杆，螺杆中心距离柔性辅助防渗层2外缘水平长度为4cm，向上弯折部分长度为7cm，垫厚1.5cm，螺杆部分净长度为5.5cm，顶部附带内径为25mm的螺帽。
坝面240m高程(水位变动区底高程)浇筑连续式支撑牛腿7，牛腿7悬出长度0.4m，高度1.2m。
Claims (7)
1.一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，其特征在于：包括坝面预埋固定装置、内置柔性辅助防渗层、聚氨酯硬泡永久保温层、预制清水钢筋混凝土保护板、连接固定装置、护角角钢、牛腿，其中内置柔性辅助防渗层涂刷于大坝迎水面，该内置柔性辅助防渗层外依次是聚氨酯硬泡永久保温层、预制清水钢筋混凝土保护板，坝面预埋固定装置一端锚固于坝内，另一端位于聚氨酯硬泡永久保温层中，连接固定装置一端位于抗冰拔预制清水钢筋混凝土保护板内、另一端与坝面预埋固定装置螺纹连接，预制清水钢筋混凝土保护板四周边缘内预埋护角角钢，所述聚氨酯硬泡永久保温层和预制清水钢筋混凝土保护板底部置于支撑牛脚上。
2.根据权利要求1所述的一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，其特征在于：所述坝面预埋固定装置采用L型镀锌光圆锚筋。
3.根据权利要求1所述的一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，其特征在于：所述内置柔性辅助防渗层采用热固型聚脲树脂高分子材料。
4.根据权利要求1所述的一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，其特征在于：所述聚氨酯硬泡永久保温层采用浇筑式聚氨酯硬泡材料。
5.根据权利要求1所述的一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构，其特征在于：所述相邻预制清水钢筋混凝土保护板的上下边缘采用咬合搭接。
6.一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、进行坝面清理，用环氧胶泥对坝面上的眼、洞或缝隙进行填补并喷涂底漆，而后进行辅助防渗层的涂刷；
(2)将预制清水钢筋混凝土保护板从下至上利用坝面预埋固定装置和连接固定装置进行安装定位和拼装固定，底部支撑于牛腿上，中间预留聚氨酯硬泡永久保温层的空间；
(3)预制清水钢筋混凝土保护板拼装适当面积后，侧面和顶面密封，从顶部向空腔内浇筑聚氨酯硬泡形成聚氨酯硬泡永久保温层；
(4)重复上述拼装和浇筑程序，最后对预制清水钢筋混凝土保护板外表面进行清理。
7.根据权利要求6中一种严寒地区混凝土坝抗冰拔保温防渗结构的施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中喷涂辅助防渗层的厚度是1.8mm～2.2mm。
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