水坝迎水坡面的防冰冻气垫、防冰冻结构及防冰冻方法

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水坝迎水坡面的防冰冻气垫、防冰冻结构及防冰冻方法
申请号	CN201811637388.0	申请日	2018-12-29	公开(公告)号	CN109577270A	公开(公告)日	2019-04-05
申请人	浙江科技学院;			发明人	文献民; 杨建辉; 曹宇春; 姜鲁珍;
摘要	本发明涉及水坝迎水坡面的防冰冻气垫、防冰冻结构及防冰冻方法，其特征在于：所述的防冰冻气垫包括上气密层、中气密层和下气密层，上气密层和下气密层上均设有充气口；上气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第一空腔，第一空腔内充入气体形成上气垫；下气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第二空腔，第二空腔内充入气体形成下气垫。使用时将防冰冻气垫放在坝体坡面上，部分设于水体中，部分暴露在水体外，阳光穿透上气密层和中气密层进入下气垫和上气垫内部，下气密层吸收太阳热能，并将热量传递至坝体坡面，防止防水面层发生冻害，同时对水体结冰冷涨产生的推力起到缓冲作用，进而防止防水面层因结冰而发生冻害，节约资源。
权利要求	1.一种水坝迎水坡面的防冰冻气垫，其特征在于：其包括上气密层、中气密层和下气密层；所述上气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第一空腔，第一空腔内充入气体形成上气垫；所述下气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第二空腔，第二空腔内充入气体形成下气垫。 2.根据权利要求1所述的水坝迎水坡面的防冰冻气垫，其特征在于：所述的上气密层的两端向下弯折后与中气密层的上表面粘结；所述的下气密层的两端向上弯折后与中气密层的下表面粘结。 3.根据权利要求1或2所述的水坝迎水坡面的防冰冻气垫，其特征在于：所述的上气密层和中气密层采用透明的气密性材料制成，所述的下气密层采用黑色橡胶制成。 4.根据权利要求1所述的水坝迎水坡面的防冰冻气垫，其特征在于：所述的上气垫和所述的下气垫均设有充气口。 5.一种基于权利要求1所述的防冰冻气垫的水坝迎水坡面防冰冻结构，包括坝体，坝体迎水的一侧存在坝体坡面，其特征在于：所述的坝体坡面上设有防冰冻气垫，防冰冻气垫包括上气密层、中气密层和下气密层；所述上气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第一空腔，第一空腔内充入气体形成上气垫；所述下气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第二空腔，第二空腔内充入气体形成下气垫；所述的防冰冻气垫部分设于水体中，部分暴露在水体外。 6.根据权利要求5所述的水坝迎水坡面防冰冻结构，其特征在于：所述的上气密层的两端向下弯折后与中气密层的上表面粘结；所述的下气密层的两端向上弯折后与中气密层的下表面粘结。 7.根据权利要求5或6所述的水坝迎水坡面防冰冻结构，其特征在于：所述的上气密层和中气密层采用透明的气密性材料制成，所述的下气密层采用黑色橡胶制成。 8.根据权利要求5所述的水坝迎水坡面防冰冻结构，其特征在于：所述的防冰冻气垫通过拉索与坝体坡面的顶部连接，防冰冻气垫位于坝体坡面下坡的位置通过锚固索连接有重物。 9.根据权利要求5所述的水坝迎水坡面防冰冻结构，其特征在于：所述的上气垫和所述的下气垫均设有充气口。 10.一种基于权利要求1所述的防冰冻气垫的水坝迎水坡面防冰冻方法，其特征在于：阳光穿透上气密层和中气密层进入下气垫和上气垫内部，下气密层吸收太阳热能，并将热量传递至坝体坡面，防止水体冰冻造成的坝体坡面上的防水面层发生冻害，同时对水体在结冰膨胀过程中产生的推力起到缓冲的作用。
说明书全文	水坝迎水坡面的防冰冻气垫、防冰冻结构及防冰冻方法技术领域 [0001] 本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种水坝迎水坡面的防冰冻气垫、水坝迎水坡面防冰冻结构及水坝迎水坡面的防冰冻方法。背景技术 [0002] 大部分中、小型水库和水电站的大坝都采用堆石坝型，为了防止坝体因渗水和漏水等问题产生安全隐患，需要在坝体的迎水坡面安装有防水面层。当冬季水面结冰时，由于冰层的冷涨效应，水坝迎水面的防水面层发生冻害，同时坝体会受到局部推力的作用。在两者的共同作用下，防水面层会发生破坏，坝体出现渗水和漏水，对坝体的带来极大的安全隐患，需要投入大量的人力和物力对防水面层进行维修和加固。为了防止坝体防水面层的冻害，一般采用人工破冰的方式沿坝体的纵向在防水面板的水位线处开凿出一条水道，通过机械方式让水道中的水流动，防止结冰，化解冰层对防水面板的破坏力。 [0003] 国家专利“一种大坝面板防冰装置”(ZL201310070190.X)提出了一种浮筒式水流推进器防冰装置，其工作原理是利用浮筒的浮力将水流推进器悬浮于水坝防水面板附近的水面上，由电机驱动水流推进器带动水体沿坝体的纵向流动，防止在冰层和防水面板之间结冰。该装置的存在以下问题：需要额外供电，经济性不好；水流推进器必须具有足够大的功率驱动水体长距离快速流动，否则仍然会出现结冰造成设备失效；水中的浮冰会损坏水流推进器浆片，容易出现机械故障；不适合在北方寒冷地区使用。发明内容 [0004] 本发明的目的在于针对现有技术中大坝迎水坡面防冻装置存在的缺陷，提出一种充分利用自然条件，无需额外供电的防冰冻气垫，以及基于该防冰冻气垫的水坝迎水坡面防冰冻结构，并提出了一种新型的水坝迎水坡面防冰冻方法。 [0005] 为了达到目的，本发明提供的技术方案为： [0006] 本发明涉及的一种水坝迎水坡面的防冰冻气垫，包括上气密层、中气密层和下气密层；所述上气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第一空腔，第一空腔内充入气体形成上气垫；所述下气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第二空腔，第二空腔内充入气体形成下气垫。 [0007] 优选地，所述的上气密层的两端向下弯折后与中气密层的上表面粘结；所述的下气密层的两端向上弯折后与中气密层的下表面粘结。 [0008] 优选地，所述的上气密层和中气密层采用透明的气密性材料制成，所述的下气密层采用黑色橡胶制成。 [0009] 优选地，所述的上气垫和所述的下气垫均设有充气口。 [0010] 一种基于上述防冰冻气垫的防冰冻结构，包括坝体，坝体迎水的一侧存在坝体坡面，所述的坝体坡面上设有防冰冻气垫，防冰冻气垫包括上气密层、中气密层和下气密层；所述上气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第一空腔，第一空腔内充入气体形成上气垫；所述下气密层和中气密层相互粘结，两者之间形成第二空腔，第二空腔内充入气体形成下气垫；所述的防冰冻气垫部分设于水体中，部分暴露在水体外。 [0011] 优选地，所述的上气密层的两端向下弯折后与中气密层的上表面粘结；所述的下气密层的两端向上弯折后与中气密层的下表面粘结。 [0012] 优选地，所述的上气密层和中气密层采用透明的气密性材料制成，所述的下气密层采用黑色橡胶制成。 [0013] 优选地，所述的防冰冻气垫通过拉索与坝体坡面的顶部连接，防冰冻气垫位于坝体坡面下坡的位置通过锚固索连接有重物。 [0014] 优选地，所述的上气垫和所述的下气垫均设有充气口。 [0015] 一种基于上述防冰冻气垫的防冰冻方法，其特征在于：阳光穿透上气密层和中气密层进入下气垫和上气垫内部，下气密层吸收太阳热能，并将热量传递至坝体坡面，防止水体冰冻造成的坝体坡面上的防水面层发生冻害，同时对水体在结冰膨胀过程中产生的推力起到缓冲的作用。 [0016] 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果： [0017] 1、本发明提出的防冰冻气垫在白天可以利用太阳热能使气垫内的空气升温，同时也带动坝体坡面升温，夜晚则利用了干燥空气或者二氧化碳气体良好的保温特性，防止防水面板因结冰而发生冻害。 [0018] 2、防冰冻气垫具有的良好的柔性和变形能力，在冰层与坝体坡面之间形成一个柔性的变形缓冲空间，冰层不会直接冲撞和挤压防水面板，避免防水面板出现局部膨胀挤压破坏。 [0019] 3、本发明涉及的防冰冻结构及方法无需机械装置，故障率低，安装完成后即可实现无人工值守和监控运行；无须供电，不消耗能源，运行费用低。附图说明 [0020] 图1是实施例一中沿竖向中轴线剖开的防冰冻气垫的剖面图； [0021] 图2是实施例二中沿竖向中轴线剖开的防冰冻气垫的剖面图； [0022] 图3是水坝迎水坡面防冰冻结构的结构示意图。 [0023] 图示说明：下气垫1、上气垫2、上气密层3、中气密层4、下气密层5、充气口6、拉索7、锚固索8、重物9、冰层10、坝体11、坝体坡面12、水体13。具体实施方式 [0024] 为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0025] 实施例一： [0026] 结合附图1所示，本实施例中涉及的一种水坝迎水坡面的防冰冻气垫包括上气密层3、中气密层4和下气密层5。上气密层3的两端向下弯折后与中气密层4的上表面粘结；下气密层5的两端向上弯折后与中气密层4的下表面粘结。上气密层3和下气密层5沿竖向中轴线切开的截面为“C”字形，所述中气密层4采用平面结构。 [0027] 上气密层3和中气密层4采用透明的气密性材料制成，如透明的橡胶材料或是透明的具有韧性的塑料，阳光可以透过上气密层3和中气密层4。下气密层5采用黑色橡胶制成，其具有良好的吸收太阳热能的能力，并将热能传递至防水面板及坝体上，同时具有较好的耐磨性，防止坝体11对其造成破坏。 [0028] 本实施例中上气密层3通过热融合的方式与中气密层4的上表面连接，下气密层5通过热融合的方式与中气密层4的下表面连接；在上气密层3和中气密层4围成的空间内形成第一空腔，在下气密层5和中气密层4围成的空间内形成第二空腔。通过独立的充气口6分别对第一空腔和第二空腔充入干燥的空气或者二氧化碳气体，形成上气垫2和下气垫1。 [0029] 实施例二： [0030] 结合附图2所示，本实施例中涉及的一种水坝迎水坡面的防冰冻气垫包括上气密层3、中气密层4和下气密层5。上气密层3的两端向下弯折后再向外翻折形成翻边，该翻边与中气密层4的上表面粘结；下气密层5的两端向上弯折后再向外翻折形成翻边，该翻边与中气密层4的下表面粘结。上气密层3和下气密层5沿中轴线切开的截面为“Ω”形状，气密层4采用平面结构。 [0031] 上气密层3和中气密层4采用透明的气密性材料制成，如透明的橡胶材料或是透明的具有韧性的塑料，阳光可以透过上气密层3和中气密层4。下气密层5采用黑色橡胶制成，其具有良好的吸收太阳热能的能力，并将热能传递至防水面板及坝体上，同时具有较好的耐磨性，防止坝体11对其造成破坏。 [0032] 上气密层3通过胶接的方式与中气密层4的上表面连接，下气密层5通过胶接的方式与中气密层4的下表面连接。本实施例与实施例一相比，在上气密层3和下气密层5均设置了翻边，有助于胶接。 [0033] 至此，在上气密层3和中气密层4围成的空间内形成第一空腔，在下气密层5和中气密层4围成的空间内形成第二空腔。通过独立的充气口6分别向第一空腔和第二空腔充入干燥的空气或者二氧化碳气体，形成上气垫2和下气垫1。 [0034] 实施例三： [0035] 结合附图3所示，本实施例涉及一种水坝迎水坡面防冰冻结构，包括坝体11，坝体11迎水的一侧存在坡面，即为坝体坡面12，坝体坡面12表面设有防水面层。当冬季水面结冰时，由于冰层10的冷涨效应，坝体坡面12的防水面层会发生冻害，同时坝体11会受到局部推力的作用。在两者的共同作用下，防水面层会发生破坏，坝体11出现渗水和漏水，对坝体11的带来极大的安全隐患。 [0036] 针对上述隐患，本实施例的解决方法是：在坝体坡面12上设置防冰冻气垫，防冰冻气垫采用实施例一或实施例二中的气垫结构。防冰冻气垫通过拉索7与坝体坡面12的顶部连接，防冰冻气垫位于坝体坡面12下坡的位置通过锚固索8连接有重物9，由于水体13的表面最容易结冰，故防冰冻气垫部分设于水体中，部分暴露在水体外，计算好防冰冻气垫的位置，使水体13结冰的位置正好处于防冰冻气垫的位置。由于，防冰冻气垫内部充入了气体，故要采用重物9配合拉锁7来确定防冰冻气垫的位置，防止防冰冻气垫上浮或下沉。 [0037] 组装时，首先将防冰冻气垫沿坝体坡面12展开，用拉索7将防冰冻气垫的顶部与坝体11的顶部相连，用锚索8将防冰冻气垫的底部与重物9相连；然后调整拉索7的长度，使防冰冻气垫的一部分浸入水体13中，其余部分暴露在水体13外，并且下气密层5的下表面覆盖在坝体坡面12上；最后通过充气口6将干燥的空气或者二氧化碳气体充入第一空腔和第二空腔中，形成下气垫1和上气垫2。 [0038] 采用上述结构的防冰冻方法是：阳光穿透上气密层3和中气密层4进入下气垫1和上气垫2内部，下气密层5吸收太阳热能，并将热量传递至坝体坡面12，防止水体13结冰时产生的冰层10对坝体坡面12上的防水面层造成冻害，同时对水体13结冰冷涨产生的推力起到缓冲的作用。 [0039] 以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。