寒冷地区结冰现象对混凝土面板堆石坝接缝止水体系的影响

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1、第8卷第2期中国水利水电科学研究院学报Vo1．8No．22010~6flJoumalofChinaInstituteofWaterResourcesamdHydropowerResearchJu“e，20lO文章编号：1672—3031(2010)02—0146—05寒冷地区结冰现象对混凝土面板堆石坝接缝止水体系的影响梁希林，赵波2，李敬玮27何旭生(1．松江河电站建设局，吉林吉林134500；2．中国水利水电科学研究院结构材料研究所，北京100038)摘要：针对北方冬季寒冷低温条件，研究了结冰现象对止水体系锚固系统

2、安全性的影响程度。通过实验室模型试验，模拟测定了不同降温速率下结冰所产生的冻胀对锚固系统的拉拔破坏力值及冰与螺栓冻结强度、冰与扁钢压条及橡胶盖板的冻结强度等参数。研究了冻融循环对膨胀螺栓C30混凝土的锚固力及不同灌封型式的影响。在分析水位变化引起的冰盖对止水锚固系统的破坏作用基础上，结合试验测试结果，提出了寒冷地区止水锚固体系设计施工中应注意的主要问题和建议。关键词：混凝土面板堆石坝；止水体系；冻胀；锚固中文分类号：TV32文献标识码：A1研究背景混凝土面板堆石坝在我国水电工程建设中已被广泛采用，其面板接缝的止水结构

3、体系在大坝的安全运行中占有重要位置。中国水利水电科学研究院在“九五”、“十五”期间对止水体系，包括结构和材料进行了深入系统的研究，提出了如图1所示的止水结构，目前国内高面板坝工程通常采用这种结构。GB图1典型止水结构图2冰对膨胀螺栓冻胀拉拔力止水体系普遍采用的锚固系统是用膨胀螺栓和扁钢压条将止水盖板锚固在混凝土面板和趾板上。北方寒冷地区冬季库区形成冰盖，并与止水体系冻结在一起，由于库区水位的频繁变化，冰盖会对止水锚固体系产生较大的影响，甚至造成止水体系局部出现膨胀螺栓拔出而失去锚固功能的情况，如牡丹江莲花面板坝、吉林

4、小山面板坝及青海小干沟面板坝等都出现过结冰造成的止水体系局部破坏现象⋯。因此，研究寒冷地区面板坝工程止水体系及提高安全运行措施至关重要。本文总结分析寒冷地区库区结冰对止水锚固体系的破坏作用，结合模拟试验，讨论止水体系安全运行要求及工程建议。收稿13期：2009—09—03作者简介：梁希林(1963一)，男，高级工程师，主要从事水电工程施工管理研究。一l46—寒冷地区结冰现象对混凝土面板堆石坝接缝止水体系的影响梁希林赵波李敬玮何旭生2结冰对止水锚固系统的破坏方式止水体系在库区结冰过程中会与冰产生冻结，包括止水盖板和扁钢

5、压条与冰的冻结。随着水位的变化，会因冰上下移动的趋势产生作用于止水锚固系统的拉拔力，造成止水体系局部出现膨胀螺栓拔出、角钢被拉弯及止水带被撕裂等破坏现象。经过总结和分析，结冰的破坏作用主要有以下几种方式：(1)冻融对锚固螺栓锚固力的影响。由于膨胀螺栓锚固孑L没有进行密封处理或处理不当，水进入孔内，使孔内混凝土表面受到冻融破坏，孔内水的结冰膨胀作用对膨胀螺栓和混凝土之间的紧密接触造成影响，从而降低锚固螺栓的锚固力；(2)结冰过程中出现的冰层对锚固螺栓的冻胀拉拔力，图2说明了冻胀拉拔力产生的原因。降温过程中冰与膨胀螺栓外

6、露部分冻结，随着温度的降低，冰层的膨胀对螺栓产生冻结拉拔力；(3)由于冰盖与止水体系的冻结，主要包括与膨胀螺栓外露部分、扁钢压条以及盖板，在水位变化时对锚固系统产生破坏拉拔力以及剪切力。本文针对以上影响因素分别进行了试验研究。3试验研究3．1冰层对膨胀螺栓冻胀拉拔力测定3．1．1试验原理和方法将旋有螺母的M10的膨胀螺栓立于水槽中央(螺母端向下)，螺杆下顶端粘上一薄层塑性GB胶，以避免螺杆顶端受到冰的膨胀力作用。螺杆没入水中30ram，螺杆水面上端同样粘上一层塑性GB胶，以保证在冰膨胀过程中螺杆受力长度不变。螺杆上顶

7、端与应力传感器接触，整个测量过程中保持应力传感器与水槽底部的距离不变。通过应力传感器就可以对冰在膨胀过程中施加在螺杆上的力进行测量。试验装置如图3所示，为了消除降温过程中试验仪器的系统误差，试验中针对每一降温速率分别进行水槽中有水和无水试验，无水试验结果作为空白试验，以消除测量系统降温引起的误差。试验中分别采用40oC／2h、40oC／4h、40℃／6h的速度降温，然后恒温1～2h。p＼赠1200l000吾800600辑40020001：00：092：00：19时间／h图3冰对螺杆的拉拔力测量图4冰层膨胀产生的冻胀拉

8、拔力3．1．2测试结果不同的降温速率得到的冻胀拉拔力列于表l中。试验结果表明，降温速率越大拉拔力越大，然而实际情况降温速率远小于试验采用的降温速率。图4是降温速率为40~(2／2h得到的冻胀拉拔力曲线，试验中得到的最大拉拔力应大于实际冰对螺杆的拉拔力。为确保工程安全，30mm长度冻结螺杆选择试验中最大拉拔力值F冰膨胀拉拔=1O16N作为估算基础