本發明涉及水利電工程領域，更具體地說涉及一種高寒區土石壩護坡防冰推結構及其施工方法，該方法適用于在高寒區建設土石壩時，利用該方法高寒區土石壩護坡防冰推結構達到土石壩護坡防凍脹效果。

背景技術：

土石壩護坡凍脹破壞是高寒區水利工程中普遍存在的問題。土石壩護坡在冬季負溫作用下會產生凍脹變形和冰拔破壞，春季溫度上升使其融化產生融沉變形，春季在風浪作用下產生冰推力，經過反復凍融、冰推和風浪作用下土石壩護坡會產生破壞。

現有技術中防滲防凍脹結構單一，防凍脹效果差，經過反復凍融、凍脹、冰推和冰拔作用土石壩護坡產生破壞。沒有從本質解決防凍脹問題，土石壩護坡經過幾個凍融循環作用和冰凍害后，土石壩護坡產生凍脹破壞，不僅影響水庫的運行效益而且增加了維護費用。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術中的不足，本發明的目的之一是提供了一種高寒區土石壩護坡結構，對現有的土石壩護坡防凍脹形式與新的土石壩護坡防凍脹結構形式進行了對比試驗，試驗結果表明本發明土石壩護坡防凍脹效果明顯，利用太陽能和風能清潔能源抑制壩體填土凍脹、冰拔及護坡防凍脹等優點。本發明的目的之二是提供了一種寒區土石壩護坡結構的施工方法。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現。

一種高寒區土石壩護坡防冰推結構，在壩體上游設有三個防凍脹結構、太陽能控制系統和風能控制系統，所述三個防凍脹結構分別為鋪設在壩底和壩頂的現澆混凝土結構、澆筑在壩坡處的鋼筋混凝土墻體、澆筑在壩坡處的防冰推結構，所述鋼筋混凝土墻體和防冰推結構位于所述壩坡對應的水庫冬季蓄水位結冰區，所述太陽能控制系統和風能控制系統位于大壩壩頂靠上游側。

進一步，所述鋼筋混凝土墻體的頂部預埋鋼筋，所述鋼筋混凝土墻體頂部表面固定設有新型加熱材料。

進一步，所述鋼筋混凝土墻體具有防凍脹性能，混凝土強度為c40，混凝土強度為c40，抗凍等級f200，混凝土配合比為水泥：砂子：石子：水：減水劑：引氣劑＝450:650:1150:150:4.51:2.7。

進一步，所述新型加熱材料具有防水、絕緣、加熱性能，為特質發熱板，外表面為黑色。

進一步，所述防冰推結構為鋼筋混凝土，具有防凍脹性能，形狀為四邊形，混凝土強度為c40，抗凍等級f200，混凝土配合比為水泥：砂子：石子：水：減水劑：引氣劑＝450:650:1150:150:4.51:2.7。

進一步，所述太陽能控制系統和風能控制系統為交替工作模式系統，能自適應互相切換到太陽能和風能控制系統工作。

進一步，所述現澆混凝土結構包括所述壩體上依次鋪設的土工膜、砂礫石墊層、現澆混凝土。

進一步，所述現澆混凝土和所述鋼筋混凝土墻體頂部表面固定新型加熱材料的外表面在同一個平面上。

一種高寒區土石壩護坡防冰推結構的施工方法，其方法步驟包括：

1)填筑壩體，將所述壩體制成直線形；

2)在壩坡對應的水庫冬季蓄水位結冰區澆筑混凝土墻體，所述鋼筋混凝土墻體的頂部安裝新型加熱材料，將新型加熱材料的電源連接線延伸至壩頂上游側；

3)在所述壩體的表面依次鋪設土工膜、砂礫石墊層至壩頂；

4)在所述砂礫石墊層上沿壩底至所述鋼筋混凝土墻體靠近所述壩底的一側澆筑現澆混凝土；

5)在所述的鋼筋混凝土墻體一側澆筑防冰推結構；

6)在所述防冰推結構的一側至壩頂澆筑現澆混凝土；

7)在所述的壩頂靠近上游側安裝太陽能控制系統和風能控制系統，將其與新型加熱材料的電源連接線相連接；

8)在冬季水庫護坡結冰時啟動太陽能控制系統或風能控制系統。

進一步，所述步驟2)中鋼筋混凝土墻體寬為1-3m，高為1-3m，沿著壩軸線方向布置。

進一步，所述步驟2)中所述鋼筋混凝土墻體的頂部預埋鋼筋，所述鋼筋混凝土墻體頂部表面固定設有新型加熱材料，沿著壩軸線方向布置。

進一步，所述步驟6)中防冰推結構寬為0.5m，高為0.8m，沿著壩軸線方向布置。

本發明的有益效果為：

利用太陽能系統和風能控制系統將新型材料加熱，將冬季蓄水位結冰區護坡表面冰融化，防止冰對護坡的沖刷、凍脹、冰推、冰拔破壞；

防冰推結構，進一步防止冰推和冰拔的作用，從而實現冰推和風浪作用下對壩體產生破壞，通過雙重作用達到防凍脹效果。

本發明利用不同結構形式和新型加熱材料達到防凍脹效果，與常規土石壩防凍脹結構相比具有不均勻凍脹變形小，防冰推能力強，防凍脹效果好的特點。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是本發明防凍脹結構平面的結構示意圖；

圖中：

1、壩體；2、現澆混凝土；3、鋼筋混凝土墻體；4、預埋鋼筋；5、新型加熱材料；6、螺母；7、電源連接線；8、防冰推結構；9、土工膜；10、砂礫石墊層；11、太陽能控制系統；12、風能控制系統。

技術特征：

技術總結
本發明提供一種高寒區土石壩護坡防冰推結構，沿壩體上游壩坡設有三個防凍脹結構、太陽能控制系統和風能控制系統，三個防凍脹結構分別為鋪設在壩底和壩頂的現澆混凝土結構、澆筑在壩坡處的鋼筋混凝土墻體、澆筑在壩坡處的防冰推結構，鋼筋混凝土墻體的頂部預埋鋼筋，鋼筋混凝土墻體頂部表面固定設有新型加熱材料，防冰推結構為鋼筋混凝土結構，太陽能控制系統和風能控制系統為交換式工作模式。本發明的有益效果是：本發明利用不同結構形式、新型防凍脹混凝土和加熱結構達到防凍脹效果，與常規土石壩防凍脹結構相比具有防冰推、冰拔能力強，防凍脹效果好等特點。本發明還提供了一種高寒區土石壩護坡防冰推結構的施工方法。

技術研發人員：李卓;何勇軍;范光亞;楊陽
受保護的技術使用者：水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院;李卓
技術研發日：2017.05.04
技術公布日：2017.09.12