雪山湖水库大坝的防冻处理

赵性发

（吉林两江水力发电股份有限公司，吉林安图133600）

1 工程概述

雪山湖水库位于二道松花江干流上，二道松花江源于美丽的长白山天池，海拔高程2660 m。水库的流域面积2970 km2，河长26 km。水库上游先后有头道白河、二道白河、三道白河、四道白河汇入该流域。该流域受西伯利亚副高压和太平洋季风的影响，春季风大而干燥，夏季湿润多雨，秋季凉爽多雾，冬季漫长而寒冷。一年中寒暑温差悬殊特别大，春秋雨季短促。多年平均气温2.2℃，最高气温34.4℃，最低气温为-42.6℃。河流封冻期长达半年之久，稳定封冻天数为100～150 d。该地区无霜期较短，多年平均无霜期为112 d。多年最大冻土深度186 cm。该水库的水工建筑物有混凝土面板堆石坝、开敞式溢洪道、导流兼泄洪洞、发电引水洞、半地下式发电厂房。由于水库处于高寒地区，冻融破坏是悄无声息的，因此防冻处理存在于工程的设计、施工、运行全过程。

2 混凝土面板坝防冻处理

混凝土堆石坝坝顶长270 m，坝顶高程547.40 m，防浪墙顶高程548.40 m，坝顶宽6 m，最大坝高56.6 m，上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.3，大坝总填筑方量为78.8万m3。大坝防渗体为混凝土面板，厚0.3～0.5 m，趾板厚0.80 m，堆石体分为垫层区、过渡层区、主堆石区和次堆区。在周边缝下游部位设有特殊的垫层小区。堆石坝于1995年开始填筑，1998年填筑至坝顶，填筑时间长，压实效果好，沉降量少。垫层区水平宽度2 m，选用新鲜、坚硬的岩石加工而成，要求级配连续、孔隙率小、变形模量大、抗渗透变形能力强，使其面板受力均匀，不易产生裂缝。

2.1 现象及原因

混凝土面板分为30个条块，中部A1～A14条块宽度为12 m，其余的宽度为6 m。混凝土强度等级为c23，抗渗指标为s8，抗冻指标为F250。加入木钙减水剂，使用引气剂控制含气量，使其增加抗冻次数。

大坝运行的第一年就采用冬季（当年10月至第二年3月）高水位运行，水位变动区间在1 m范围内（正常蓄水位545～544 m内）。该地区湖面冰冻从头年12月中旬开始上冻，冻层达0.5 m左右，第二年3月上旬才开始解冻，解冻时对面板表层和表层止水产生损坏。为了保护防浪墙与面板接缝间的表层止水不被水面所产生的冰拔力破坏，最高水位应低于正常水位10 cm。每年入冬以前对水位变动区面板的表面裂缝、表层止水做仔细的检查，即使小裂缝也要用沥青进行处理，以免渗水对面板产生冻融，如果没有渗水，冻融会大大的减少。从近12年的运行来看，面板水位变动区的混凝土完好无损。表面止水及盖板由于冻融破坏，540 m以上部分破损严重，局部已经失效，影响水库的安全运行，需及时进行表层止水的处理。

2.2 处理方案

拆除原面板结构缝表面止水及防浪墙与面板间接缝止水，同时对面板结构两侧混凝土表面进行切割凿除，凿除深度10 mm，宽度为结构缝两侧各18.5 cm左右，然后在缝内和凿除部位涂抹底胶，填SR塑性止水材料（尽可能利用原有的SR塑性止水材料，如遇SR塑性止水材料损坏或流失，则进行全面更换）。SR塑性止水材料结构缝中部20 cm左右范围内呈圆周弧形，高约3 cm左右，凿除部位采用SR塑性止水材料进行找平。在SR塑性止水材料上铺8 mm厚的三元乙丙SR橡胶撮合板，采用不锈钢膨胀螺栓压条，并对高出螺母的螺杆切除，采用HK-96系列增厚环氧封边剂进行封边，具体形式见图1。

图1 伸缩缝裂缝处理示意图Fig.1 Schematic drawing of treatment for cracks at expansion joints

3 溢洪道的防冻处理

3.1 现象及原因

溢洪道位于大坝左岸，为岸边开敞陡槽式，堰型为实用堰，堰顶高程536.50 m，共设两孔，每孔净宽9 m，挑流方式消能。经过多年运行，进口导墙及闸墩水位变化区、出口导墙、底板混凝土剥蚀严重，普遍剥蚀深度在2～3 cm，局部露出钢筋，混凝土内部水泥组分中钙元素大量流失，造成混凝土本体强度和抗渗性能下降，产生这一现象的主要原因是每年长达150 d、最低温度零下40多度的冻融循环。如果不及时处理，水库放流时，凹凸不平的混凝土表面将使剥蚀进一步发展，影响泄洪安全。

3.2 处理材料及方法

结合其它高寒地区水电站冻融处理经验，处理材料选取聚合物水泥砂浆。聚合物水泥砂浆是通过向水泥砂浆掺加聚合物乳胶改性制成的一类有机复合材料，由于聚合物的掺入引起了水泥砂浆微观及亚微观结构的改变，对水泥砂浆的各方面性能起到了改善作用，大大提高了砂浆的致密性，有效防止水分子进入砂浆内部，从而大大提高了抗冻能力。

根据剥蚀深度和不平整程度，对进口导墙及闸墩水位变化区、出口导墙、底板表面进行凿毛处理，凿毛深度为0.03 m，直至牢固、新鲜的基底混凝土面，用高压水将碎石、灰尘冲洗干净，基面干净无杂质。用聚合物水泥砂浆修复混凝土表面，聚合物水泥砂浆厚度为3 cm左右。基底先用水湿润，但不能存有积水，然后薄而均匀地喷涂一层或两层界面剂，随后按要求厚度涂聚合物水泥砂浆。砂浆表面成膜后，及时进行洒水养护5～7 d。

3.3 闸门防冰冻的处理

溢洪道设两孔，单孔净宽9 m，9 m×9 m的弧形工作闸门采用牛腿式受力，液压启闭机启闭。上冻前对溢洪道闸门的水封用玻璃胶在水位下降后进行密封处理，以减少溢流面上渗水，从而减少冻融循环。上冻后，闸门前的冰冻能达到1 m左右，发电时水位的变化使冰对闸门产生特大的破坏力。为了解决这一问题，在闸前交通桥上安装一排间距为0.8 m的喷水管20根，上冻时采用水泵抽取水库里的水形成水循环，这样闸门前的水不冻，就不会产生冰冻力。另外在闸门上加一排用于挡风的木板，刮大风时不会将循环水管的小水流刮得到处乱飞。

4 泄洪洞的防冻处理

泄洪洞位于大坝的右岸，由引渠段、进口扭曲段、有压洞段、竖井控制段、无压洞段、出口挑流消能段和尾渠组成。洞内的混凝土有裂缝和地下水渗漏，如果处于低温冻融，会严重影响工程的耐久性和安全。在泄洪洞出口用稻草和棉被进行封堵，在闸门的井口用煤灰进行封堵，以使洞内的空气不流通，保持洞内温度。

5 结语

冻融破坏是水库水工建筑物普遍存在的一种现象，它会降低水工建筑物的耐久性，影响其使用功能与承载能力。因此要对冻融破坏进行认真研究、区别对待，采取合理的方法进行控制，并在运行中采取各种有效的措施来减少冰冻对水工建筑物的破坏，保证其安全稳定地运行。■