刍议龙头桥水库护坡冻害情况对策

李明镐,王立权,教婷婷

(黑龙江省龙头桥水库管理处,黑龙江 宝清 155600)

1 水库概况

龙头桥水库是一座以灌溉、防洪为主,兼顾发电、养鱼、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。工程等级为Ⅱ等工程,按100 a一遇洪水设计,2000a一遇洪水校核,水库校核总库容为6.15亿m3。工程枢纽由大坝、溢洪道、输水洞和电站4个部分组成。黑龙江省龙头桥水库位于黑龙江省东部,属高纬度地区。多年平均气温 3.5℃,最高气温出现在 7月份,月平均气温为 21.9℃,极温为 36.6℃;最低气温出现在 1月份,月平均气温为-18.1℃,极温为 -37.2℃。流域形状成长方形,水系呈羽状分布。平均冻深179 cm,最大冻深可达253 cm。经过几年的运行观察,龙头桥水库完全封冻的时间在每年的 11月下旬,完全开库在每年的 4月下旬,封冻时间约 5个月。

2 水库冰冻破坏情况

2.1 土石坝迎水面护坡

土石坝迎水面护坡为混凝土护坡,混凝土护坡板的尺寸为400 cm×400m,厚度为20 cm,混凝土护坡板下铺30 cm的碎石垫层。在封冻期的水位变化带采用的是钢筋混凝土护坡。经过7 a的运行,多年冰层变化带的钢筋混凝土护坡没有发生结构性的破坏。

2.2 溢洪道引水渠的护坡

溢洪道引水渠护坡为混凝土护坡,尺寸为2m×2m,厚度为15 cm。混凝土护坡板下铺20 cm的碎石垫层,碎石垫层下铺20 cm的砂砾石垫层。在多年冰层变化带及以上部分区域内,部分混凝土护坡板产生了冻胀破坏,其中一部分护坡板产生了结构性的破坏。主要表现在:①混凝土护坡板产生横向折断现象;②混凝土护坡板上部被抬起,整体被上移。

2.3 溢洪道翼墙表面混凝土

溢洪道两侧翼墙在水位变化区域存在冻融剥蚀,由于微裂缝的存在,引发了局部的混凝土破坏。

2.4 输水洞进口等浆砌石护坡

浆砌石护坡受冰冻破坏十分严重。由于受到冻胀、不均匀冻胀和冰压力作用,使得一部分浆砌石已经发生较大位移,经过多次的冻融循环后不能恢复原位。在波浪淘刷的作用下,浆砌石下被掏空、塌陷,至使全部浆砌石护坡破坏,一部分浆砌石落到水中。

3 产生原因分析

3.1 冰层弯矩作用

在水库封冻以后,由于冰层以下库水位的变化,至使冰层产生下降或上移,护坡板处冰层与护坡板冻结在一起,冰层的上、下移动对护坡板产生弯矩作用。由于混凝土的抗拉性弱,因此,混凝土护坡板产生横向断裂现象。

3.2 不均匀冻胀力

冻胀是引起北方水工建筑物破坏的因素之一,由于不均匀冻胀,使得混凝土护坡板内部产生应力,由于一部分混凝土护坡板的抗力不足而使其破坏。

3.3 冻拔力和水平冰推力共同作用

由于库水位以下的混凝土护坡板下垫层含水量大,毛细力和风浪的共同作用使得库水位以上护坡板下垫层的含水量增大,在水库的封冻期产生一定的向上冻拔力。加之由于气温的变化,使得冰体产生相应的膨胀变化,冰体受到周边边坡的约束,使之产生对岸坡的水平冰推力。在这样几个冰冻周期的循环作用下,使得混凝土护坡板与冰层接触处的上部上抬,并产生向上的位移。

3.4 水的影响

由于处在水位变化区的溢洪道翼墙表面存在微裂缝和施工存在着一部分缺陷,受到波浪爬高及融雪等的影响,使得冰层及以上部分混凝土表面的含水量超过起始冻胀含水量,产生冻胀破坏。

4 防冻害的方法

①在冰层变化带的护坡采用钢筋混凝土护坡;②在设计合理范围内,增加护坡的坡度,减小静冰压力在坡面方向上的分力;③浇筑大块混凝土,增加混凝土的厚度,提高护坡的重量,减小冻拔力的破坏;④结构缝可采用聚氯乙烯胶泥等,能适应护坡的伸缩和微变形,在变形时不漏水;⑤可在封库前期在整个冰层厚度区内铺设塑料薄膜,减小冰层与护坡混凝土之间的胶结力,减小冰层对混凝土护坡的弯矩作用;⑥多年冰层变化带的混凝土工程要求表面光滑、平整,有条件可在混凝土表面涂上防护漆,提高抗渗能力。

5 结 论

从龙头桥水库的实际冻害情况来看,与水接触的钢筋混凝土护坡抗冻害比混凝土的强,浆砌石护坡的抗冻性最差,不易用在与水直接接触处。水工建筑物在经历几年的运行后都基本发生了不同程度的冻害现象,为了更好的提高水库护坡工程的抗冻效果,结合实际的经济情况,可在合理的条件和范围内结合几种防冻害方法解决护坡冻害问题。如有条件要对护坡铺设塑料薄膜等方法进行对比观测研究,提出减小冻胀破坏的数据。

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