高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构及其施工方法与流程

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。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种适用于混凝土大坝领域的高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构及其施工方法，其具有防渗、保温的功能，能够适应高寒地区的使用环境，可以防止水位变动区域保温层整体失效，在水位变动区域形成永久性防渗保温防护。此外，该一体化防护结构，其具有防渗抗冰推、抗冰拔的功能，能够防止高寒地区的水位变动区域冰推力和冰拔力对防渗及保温层造成破坏，从而防止失去保温及防渗功能。同时，该一体化结构具有对溢流面和闸墩过流侧面防渗、抗冲磨、抗冻融功能，从而防止大坝混凝土躯体裂缝产生及扩展、保证大坝的安全运行，提高大坝耐久性，此外，该一体化防护结构可以适用于弱龄混凝土大坝，可以缩短施工工期。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构，它包括具有迎水面、背水面的大坝，该迎水面具有最小水位线和最大水位线，二者之间的区域为水位变动区；在该最小水位线处或下方具有第一位置，该最大水位线处或上方具有第二位置；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；在迎水面第一位置和第二位置之间的第一保温层上设有一层第二防渗层。

进一步的，在所述第二防渗层上设有一层抗冰层；在第二位置以上的第一保温层表面设有第二防护层。

进一步的，所述大坝还具有溢流面和闸墩过流侧面；该溢流面和闸墩过流侧面设有一层第三防渗层，在该第三防渗层上设有一层第三保温层。

进一步的，在迎水面所述第一位置及第二位置之间的区域，在所述第一保温层内设有一个、两个或多个横向的第一分格槽，形成一个或多个保温层防渗保护单元；该第一分格槽内设有防渗止水胶条，将第一保温层分隔成不同的保温层防渗保护单元，该防渗止水胶条与底部的第一防渗层和两侧的第一保温层及上层的第二防渗层粘结牢固。

进一步的，在迎水面所述第一位置及第二位置之间的区域，在所述第一保温层内设有多个横向的第一分格槽，相邻的第一分格槽之间设有若干第二分格槽，该第二分格槽与该第一分格槽连通，形成网状的多个保温层防渗保护单元；该第一分格槽内和该第二分格槽内均设有防渗止水胶条，将第一保温层分隔成不同的网状保温层防渗保护单元；该防渗止水胶条与底部的第一防渗层和两侧的第一保温层及上层的第二防渗层粘结牢固。

进一步的，所述第一防渗层、第二防渗层、第三防渗层为聚脲材料，所述第一保温层、第二保温层、第三保温层为有机保温或无机保温材料；所述的迎水面抗冰层由有机硅或硅橡胶材料或多个混凝土预制板或多个钢板构成；所述第一防护层和第二防护层为有机材料或无机材料。

进一步的，所述聚脲材料为：单组分手刮聚脲材料、双组分喷涂纯聚脲材料、双组分喷涂半聚脲材料、双组分天门冬氨酸酯手刮聚脲材料、或聚脲基复合防渗体系材料，所述双组分喷涂纯聚脲及聚脲基复合防渗体系材料，满足如下要求：涂膜强度＞20MPA，伸长率＞350％，吸水率＜3％，A组分NCO含量＞16％，固含量≥96％，B组分氨值与羟值的差的绝对值＜5，与基面粘结力＞2.5Mpa，或基面混凝土破坏；所述有机保温材料为：硬泡聚氨酯保温材料、EVA类改性保温材料、橡塑保温材料、PE保温材料或EPS保温材料。

所述的防渗止水胶条由止水柔性弹性体材料构成，所述柔性弹性体材料为有机硅类灌封胶材料或者为聚氨酯类灌封胶材料。

所述的高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的施工方法，它包括下列步骤：

(1)形成迎水面第一防渗层：

①混凝土基面处理；

②涂刷底漆；

③待底漆表干后涂刷或喷涂聚脲材料，形成第一防渗层；

(2)形成第一保温层、第二保温层、第三保温层：

①基面处理；

②涂刷底漆或粘贴底胶；

③将保温材料均匀地喷涂或粘贴于大坝相应需要保温的部位；

(3)形成保温层防渗止水胶条：

①形成第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽：在形成第一保温层前，在迎水面第一位置及第二位置之间设置第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽模板；或者是在第一保温层内抠挖出第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽；形成一个或多若干个保温层防渗保护单元；

②第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽内基面清理；

③在第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽底部及侧面涂刷底漆；

④通过灌填方法，在第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽中形成防渗止水胶条，防渗止水胶条与底部第一防渗层及侧面第一保温层牢固结合，上部与第一保温层表面相平；

(4)在第一保温层上形成第一位置及第二位置之间的防渗-抗冰结构：

①在第一位置及第二位置之间的第一保温层表面涂刷底漆，待底漆表干后涂刷或喷涂聚脲材料，形成第二防渗层；

②在该第二防渗层表面涂刷有机硅或硅橡胶体材料，形成抗冰层；

③或在该第二防渗层表面，将多个钢板或者多个混凝土预制板通过锚杆与大坝锚固，形成抗冰层；

(5)形成第一防护层和第二防护层：

在第二位置以上的第一保温层表面和第二保温层表面涂刷或喷涂有机或无机防护层。

进一步的，所述的保温层防渗保护单元形状为三角形、矩形、平行四边形或者正六边形。

本发明的有益效果是：本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构及其施工方法，其具有防渗、保温抗冰的功能。本发明所述的第一防渗层可以在低温潮湿的环境下，在弱龄混凝土大坝表面进行施工，从而缩短工程建设的施工周期，另外本发明所述的第一防渗层与混凝土基面的结合能力强，可以适应大坝长期水泡、高速水流冲刷的使用环境。本发明所述的保温层，可以防止外界温度变化导致的混凝土内外温度差异增大，从而防止大坝混凝土躯体裂缝产生及扩展。本发明所述的背水面第一防护层可以提高保温层的耐久性，同时防止保温层吸水失效。本发明所述迎水面第二防渗层和抗冰层可以防止水位变动区域冰盖的冰推力和冰拔力对保温层造成的破坏，防止保温层吸水失效。本发明中所述迎水面弹性止水条可以防止水进入水位变动区域的保温层，从而保护水位变动区域的保温层。本发明所述的网状弹性止水条可以防止水位变动区域的保温层整体吸水失效，从而减少保温层失效范围，降低经济损失。

本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构具有较高的耐久性，在保证大坝安全运行的同时，提高大坝耐久性；还可以降低防护结构修补时产生的经济损失。

附图说明

图1是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例1的截面结构示意图。

图2是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例2和实施例3的截面结构示意图。

图3是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例2的迎水面第一保温层的结构示意图。

图4是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例3的迎水面第一保温层的结构示意图。

图5是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例3的迎水面第一保温层的另一实施例的结构示意图。

图6是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例4的截面结构示意图。

图7是本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的溢流面和闸墩过流侧面的简明示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，其为本发明提供的一种高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的

实施例1，适合高寒地区，它包括具有迎水面11和背水面12的大坝1，该迎水面11具有最小水位线13和最大水位线14，二者之间的区域为水位变动区；在该最小水位线13处或下方具有第一位置15，该最大水位线14处或上方具有第二位置16。在大坝1迎水面11混凝土表面设有一层第一防渗层2，在该第一防渗层2表面设有一层第一保温层3。在大坝背水面12混凝土表面设有一层第二保温层4，在该第二保温层4上设有一层第一防护层5。在迎水面11第一位置15和第二位置16之间的第一保温层3上设有一层第二防渗层6，在该第二防渗层6上设有一层抗冰层7。在第二位置以上的第一保温层2表面设有第二防护层9。在该水位变动区中，是水面结冰对第一保温层3产生伤害的区域，冰盖产生的冰推力会对第一保温层3和第一防渗层2产生横向的冲击，导致第一保温层3破坏。另一方面，附着在第一保温层3表面的冰盖随水面上下移动时，产生的冰拔力也会对第一保温层3造成错位撕拉破坏。抗冰层7能对冰层的横向冲击进行缓冲，并在冲击消失后回弹，保持相对稳定的状态，抗冰层7还可以防止冰层附着，或者在冰层附着并上下移动时，由于抗冰层与冰盖之间的摩擦力极小，冰盖对第一保温层3不产生破坏。

所述第一防渗层、第二防渗层、第三防渗层为聚脲材料，所述第一保温层、第二保温层、第三保温层为有机保温或无机保温材料；所述的迎水面抗冰层由有机硅或硅橡胶材料或多个混凝土预制板或多个钢板构成；所述第一防护层和第二防护层为有机材料或无机材料。所述聚脲材料为：单组分手刮聚脲材料、双组分喷涂纯聚脲材料、双组分喷涂半聚脲材料、双组分天门冬氨酸酯手刮聚脲材料、聚脲基复合防渗体系材料，所述双组分喷涂纯聚脲及聚脲基复合防渗体系材料，满足如下要求：涂膜强度＞20MPA，伸长率＞350％，吸水率＜3％，A组分NCO含量＞16％，固含量≥96％，B组分氨值与羟值的差的绝对值＜5，与基面粘结力＞2.5Mpa，或基面混凝土破坏；所述有机保温材料为：硬泡聚氨酯保温材料、EVA类改性保温材料、橡塑保温材料、PE保温材料或EPS保温材料。

实施例2

如图2、图3所示，其为本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例2，其与实施例1的区别在于，在迎水面11第一位置15及第二位置16之间的区域，所述第一保温层3内设有一个、两个或多个横向的第一分格槽31，例如在第一位置处及第二位置处分别设置一个第一分格槽31，或者在该两道分割槽中间区域设置更多数目的第一分格槽31，将第一保温层分隔成不同的保温层防渗保护单元A；该第一分格槽31内设有防渗止水胶条33，将两侧的第一保温层3分隔开。该防渗止水胶条33与底部的第一防渗层2和两侧的第一保温层3及上层的第二防渗层6粘结牢固。

实施例3

如图2、图4、图5所示，其为本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例3，其与实施例2的区别在于，在迎水面11第一位置15及第二位置16之间的区域，所述第一保温层3设有多个横向的第一分格槽31，相邻的第一分格槽31之间设有若干第二分格槽32，该第二分格槽32与该第一分格槽31连通，将第一保温层分隔成不同的网状保温层防渗保护单元A。所述的保温层防渗保护单元A形状为三角形、矩形、平行四边形或者正六边形或其他规则的几何形状。相邻的保温层防渗保护单元A不互相干扰影响，即使有一个保温层防渗保护单元A破损导致第一保温层吸水，也不会传导入相邻保温层防渗保护单元，防止水面下的第一保温层3吸水延伸，破坏水面上的第一保温层3。该第一分格槽31内和该第二分格槽32内均设有防渗止水胶条33，将不同保护单元的第一保温层3分隔开。该防渗止水胶条33与底部的第一防渗层2和两侧的第一保温层3及上层的第二防渗层6粘结牢固。

所述的防渗止水胶条33由止水柔性弹性体材料构成，所述柔性弹性体材料可以为有机硅类灌封胶材料或者为聚氨酯类灌封胶材料，在本实施例中使用聚氨酯类灌封胶材料。

实施例4

如图6所示，其为本发明高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的实施例4，其与实施例1的区别在于，所述迎水面第二防渗层由聚脲基复合防渗体系材料构成。所述的迎水面抗冰层可以为多个钢板或者多个混凝土预制板，在本实施例中使用钢板，通过锚杆8与大坝混凝土锚固。因为多个钢板或者多个混凝土预制板通过将整个水位变动区覆盖，且通过锚杆8与大坝混凝土锚固，既可以起到抗冰推作用，也可以起到抗冰拔作用，另外，具有拆卸、安装方便等特点。

实施例5

如图7所示，所述大坝1还具有溢流面17和闸墩过流侧面18，该溢流面17和闸墩过流侧面18设有第三防渗层，在该第三防渗层上设有一层第三保温层，其中第三保温层可采用粘贴方式进行粘贴而成，具有拆卸、安装方便等特点。

本发明还提供上述高寒大坝防渗保温抗冰一体化结构的施工方法，它包括下列步骤：

(1)形成迎水面第一防渗层：

①混凝土基面处理；

②涂刷底漆；

③待底漆表干后涂刷或喷涂聚脲材料，形成第一防渗层；

(2)形成第一保温层、第二保温层、第三保温层：

①基面处理；

②涂刷底漆或粘贴底胶；

③将保温材料均匀地喷涂或粘贴于大坝相应需要保温的部位；

(3)形成保温层防渗止水胶条：

①形成第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽：在形成第一保温层前，在迎水面第一位置及第二位置之间设置第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽模板；或者是在第一保温层内抠挖出第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽；形成一个或多若干个保温层防渗保护单元；

②第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽内基面清理；

③在第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽底部及侧面涂刷底漆；

④通过灌填方法，在第一分格槽或者第一分格槽和第二分格槽中形成防渗止水胶条，防渗止水胶条与底部第一防渗层及侧面第一保温层牢固结合，上部与第一保温层表面相平；

(4)在第一保温层上形成第一位置及第二位置之间的防渗-抗冰结构：

①在第一位置及第二位置之间的第一保温层表面涂刷底漆，待底漆表干后涂刷或喷涂聚脲材料，形成第二防渗层；

②在该第二防渗层表面涂刷有机硅或硅橡胶体材料，形成抗冰层；

③或在该第二防渗层表面，将多个钢板或者多个混凝土预制板通过锚杆与大坝锚固，形成抗冰层。

(5)形成第一防护层和第二防护层：

在第二位置以上的第一保温层表面和第二保温层表面涂刷或喷涂有机或无机防护层。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。