雪山湖水庫(kù)大壩的防凍處理

趙性發(fā)

（吉林兩江水力發(fā)電股份有限公司，吉林安圖133600）

1 工程概述

雪山湖水庫(kù)位于二道松花江干流上，二道松花江源于美麗的長(zhǎng)白山天池，海拔高程2660 m。水庫(kù)的流域面積2970 km2，河長(zhǎng)26 km。水庫(kù)上游先后有頭道白河、二道白河、三道白河、四道白河匯入該流域。該流域受西伯利亞副高壓和太平洋季風(fēng)的影響，春季風(fēng)大而干燥，夏季濕潤(rùn)多雨，秋季涼爽多霧，冬季漫長(zhǎng)而寒冷。一年中寒暑溫差懸殊特別大，春秋雨季短促。多年平均氣溫2.2℃，最高氣溫34.4℃，最低氣溫為-42.6℃。河流封凍期長(zhǎng)達(dá)半年之久，穩(wěn)定封凍天數(shù)為100～150 d。該地區(qū)無(wú)霜期較短，多年平均無(wú)霜期為112 d。多年最大凍土深度186 cm。該水庫(kù)的水工建筑物有混凝土面板堆石壩、開敞式溢洪道、導(dǎo)流兼泄洪洞、發(fā)電引水洞、半地下式發(fā)電廠房。由于水庫(kù)處于高寒地區(qū)，凍融破壞是悄無(wú)聲息的，因此防凍處理存在于工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行全過(guò)程。

2 混凝土面板壩防凍處理

混凝土堆石壩壩頂長(zhǎng)270 m，壩頂高程547.40 m，防浪墻頂高程548.40 m，壩頂寬6 m，最大壩高56.6 m，上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.3，大壩總填筑方量為78.8萬(wàn)m3。大壩防滲體為混凝土面板，厚0.3～0.5 m，趾板厚0.80 m，堆石體分為墊層區(qū)、過(guò)渡層區(qū)、主堆石區(qū)和次堆區(qū)。在周邊縫下游部位設(shè)有特殊的墊層小區(qū)。堆石壩于1995年開始填筑，1998年填筑至壩頂，填筑時(shí)間長(zhǎng)，壓實(shí)效果好，沉降量少。墊層區(qū)水平寬度2 m，選用新鮮、堅(jiān)硬的巖石加工而成，要求級(jí)配連續(xù)、孔隙率小、變形模量大、抗?jié)B透變形能力強(qiáng)，使其面板受力均勻，不易產(chǎn)生裂縫。

2.1 現(xiàn)象及原因

混凝土面板分為30個(gè)條塊，中部A1～A14條塊寬度為12 m，其余的寬度為6 m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c23，抗?jié)B指標(biāo)為s8，抗凍指標(biāo)為F250。加入木鈣減水劑，使用引氣劑控制含氣量，使其增加抗凍次數(shù)。

大壩運(yùn)行的第一年就采用冬季（當(dāng)年10月至第二年3月）高水位運(yùn)行，水位變動(dòng)區(qū)間在1 m范圍內(nèi)（正常蓄水位545～544 m內(nèi)）。該地區(qū)湖面冰凍從頭年12月中旬開始上凍，凍層達(dá)0.5 m左右，第二年3月上旬才開始解凍，解凍時(shí)對(duì)面板表層和表層止水產(chǎn)生損壞。為了保護(hù)防浪墻與面板接縫間的表層止水不被水面所產(chǎn)生的冰拔力破壞，最高水位應(yīng)低于正常水位10 cm。每年入冬以前對(duì)水位變動(dòng)區(qū)面板的表面裂縫、表層止水做仔細(xì)的檢查，即使小裂縫也要用瀝青進(jìn)行處理，以免滲水對(duì)面板產(chǎn)生凍融，如果沒(méi)有滲水，凍融會(huì)大大的減少。從近12年的運(yùn)行來(lái)看，面板水位變動(dòng)區(qū)的混凝土完好無(wú)損。表面止水及蓋板由于凍融破壞，540 m以上部分破損嚴(yán)重，局部已經(jīng)失效，影響水庫(kù)的安全運(yùn)行，需及時(shí)進(jìn)行表層止水的處理。

2.2 處理方案

拆除原面板結(jié)構(gòu)縫表面止水及防浪墻與面板間接縫止水，同時(shí)對(duì)面板結(jié)構(gòu)兩側(cè)混凝土表面進(jìn)行切割鑿除，鑿除深度10 mm，寬度為結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)各18.5 cm左右，然后在縫內(nèi)和鑿除部位涂抹底膠，填SR塑性止水材料（盡可能利用原有的SR塑性止水材料，如遇SR塑性止水材料損壞或流失，則進(jìn)行全面更換）。SR塑性止水材料結(jié)構(gòu)縫中部20 cm左右范圍內(nèi)呈圓周弧形，高約3 cm左右，鑿除部位采用SR塑性止水材料進(jìn)行找平。在SR塑性止水材料上鋪8 mm厚的三元乙丙SR橡膠撮合板，采用不銹鋼膨脹螺栓壓條，并對(duì)高出螺母的螺桿切除，采用HK-96系列增厚環(huán)氧封邊劑進(jìn)行封邊，具體形式見(jiàn)圖1。

圖1 伸縮縫裂縫處理示意圖Fig.1 Schematic drawing of treatment for cracks at expansion joints

3 溢洪道的防凍處理

3.1 現(xiàn)象及原因

溢洪道位于大壩左岸，為岸邊開敞陡槽式，堰型為實(shí)用堰，堰頂高程536.50 m，共設(shè)兩孔，每孔凈寬9 m，挑流方式消能。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，進(jìn)口導(dǎo)墻及閘墩水位變化區(qū)、出口導(dǎo)墻、底板混凝土剝蝕嚴(yán)重，普遍剝蝕深度在2～3 cm，局部露出鋼筋，混凝土內(nèi)部水泥組分中鈣元素大量流失，造成混凝土本體強(qiáng)度和抗?jié)B性能下降，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是每年長(zhǎng)達(dá)150 d、最低溫度零下40多度的凍融循環(huán)。如果不及時(shí)處理，水庫(kù)放流時(shí)，凹凸不平的混凝土表面將使剝蝕進(jìn)一步發(fā)展，影響泄洪安全。

3.2 處理材料及方法

結(jié)合其它高寒地區(qū)水電站凍融處理經(jīng)驗(yàn)，處理材料選取聚合物水泥砂漿。聚合物水泥砂漿是通過(guò)向水泥砂漿摻加聚合物乳膠改性制成的一類有機(jī)復(fù)合材料，由于聚合物的摻入引起了水泥砂漿微觀及亞微觀結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)水泥砂漿的各方面性能起到了改善作用，大大提高了砂漿的致密性，有效防止水分子進(jìn)入砂漿內(nèi)部，從而大大提高了抗凍能力。

根據(jù)剝蝕深度和不平整程度，對(duì)進(jìn)口導(dǎo)墻及閘墩水位變化區(qū)、出口導(dǎo)墻、底板表面進(jìn)行鑿毛處理，鑿毛深度為0.03 m，直至牢固、新鮮的基底混凝土面，用高壓水將碎石、灰塵沖洗干凈，基面干凈無(wú)雜質(zhì)。用聚合物水泥砂漿修復(fù)混凝土表面，聚合物水泥砂漿厚度為3 cm左右。基底先用水濕潤(rùn)，但不能存有積水，然后薄而均勻地噴涂一層或兩層界面劑，隨后按要求厚度涂聚合物水泥砂漿。砂漿表面成膜后，及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)5～7 d。

3.3 閘門防冰凍的處理

溢洪道設(shè)兩孔，單孔凈寬9 m，9 m×9 m的弧形工作閘門采用牛腿式受力，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉。上凍前對(duì)溢洪道閘門的水封用玻璃膠在水位下降后進(jìn)行密封處理，以減少溢流面上滲水，從而減少凍融循環(huán)。上凍后，閘門前的冰凍能達(dá)到1 m左右，發(fā)電時(shí)水位的變化使冰對(duì)閘門產(chǎn)生特大的破壞力。為了解決這一問(wèn)題，在閘前交通橋上安裝一排間距為0.8 m的噴水管20根，上凍時(shí)采用水泵抽取水庫(kù)里的水形成水循環(huán)，這樣閘門前的水不凍，就不會(huì)產(chǎn)生冰凍力。另外在閘門上加一排用于擋風(fēng)的木板，刮大風(fēng)時(shí)不會(huì)將循環(huán)水管的小水流刮得到處亂飛。

4 泄洪洞的防凍處理

泄洪洞位于大壩的右岸，由引渠段、進(jìn)口扭曲段、有壓洞段、豎井控制段、無(wú)壓洞段、出口挑流消能段和尾渠組成。洞內(nèi)的混凝土有裂縫和地下水滲漏，如果處于低溫凍融，會(huì)嚴(yán)重影響工程的耐久性和安全。在泄洪洞出口用稻草和棉被進(jìn)行封堵，在閘門的井口用煤灰進(jìn)行封堵，以使洞內(nèi)的空氣不流通，保持洞內(nèi)溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

凍融破壞是水庫(kù)水工建筑物普遍存在的一種現(xiàn)象，它會(huì)降低水工建筑物的耐久性，影響其使用功能與承載能力。因此要對(duì)凍融破壞進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采取合理的方法進(jìn)行控制，并在運(yùn)行中采取各種有效的措施來(lái)減少冰凍對(duì)水工建筑物的破壞，保證其安全穩(wěn)定地運(yùn)行?！?/p>