CN101831889B - 一种土石坝的抗震组合面板及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗震组合面板及其施工方法。所述的抗震组合面板由上、下两层混凝土面板和沥青层组成，混凝土面板由矩形混凝土块组合而成，上、下两层混凝土面板的矩形混凝土块采用交错方式排列，矩形混凝土块之间预留纵向和横向分缝；上、下两层混凝土面板之间为沥青层，矩形混凝土块间的横缝和纵缝都采用沥青充填。其施工方法包括铺设垫层、浇筑下层混凝土面板并在分缝中浇灌沥青、铺设沥青层、浇筑上层面板并在分缝中浇灌沥青等技术步骤。本发明的抗震组合面板适应地震变形的能力强，施工简便，工程造价低，效果好。

Description

一种土石坝的抗震组合面板及其施工方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种土石坝面板及其施工方法，特别涉及一种土石坝的抗震组合面板及其施工方法。

背景技术

水电作为绿色可再生能源受到极大的重视，当前我国水电开发出现了前所未有的高潮。面板堆石坝因其具有可充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法比较简便等优点而得到青睐。以西部大开发中高土石坝建设为代表的水电工程对土石坝设计提出了更高的要求，土石坝的高度已由几十米发展到百米级、二百米级，乃至三百米级，如水布桠232米高面板堆石坝，江坪河225米高面板堆石坝等。这些工程多位于我国西部，由于坝高库大，坝址所在地区地形地质条件复杂，地震烈度高，环境恶劣，一旦失事，将产生灾难性的后果。面板是面板堆石坝防渗的重要结构，地震过程中面板的破坏与否直接关系到整个大坝的安全。

本发明之前，传统的面板有钢筋混凝土面板和沥青混凝土面板。传统的混凝土面板采用单层面板设计，只设计纵缝，沿纵向分开面板，而横向施工缝中的钢筋是通长的，因此并没有横缝，面板沿纵向分成“条状结构”。由于混凝土面板具有比堆石体更高的模量，适应变形的能力差，混凝土和堆石体两种材料变形不协调，垫层和堆石体变形过大会导致面板脱空，且这种类型的面板在地震过程中容易产生较大的应力，从而导致开裂、扭曲、错动等破坏，抗震能力差。如“5.12”汶川大地震中紫坪铺面板堆石坝产生震陷74cm，水平位移36cm，上游防渗面板发生张裂、扭曲变形，面板中的钢筋出现弯折，震害严重，严重威胁下游人民的生命安全和物质财产安全。传统的沥青混凝土面板虽然比钢筋混凝土面板具有更好的适应变形的能力，但沥青材料不可避免的存在老化的问题，沥青混凝土面板表面长期与水接触或者暴露在空气中，容易老化。在严冬低温季节，沥青材料易破碎，其强度难以承受由低温收缩引起的拉伸应力，容易引起面板的开裂，而在高温季节，沥青混凝土又易膨胀和软化，使得强度降低。目前石油价格高居不下，沥青混凝土面板厚度大，需要较多了沥青材料，因此造价较高。在上游坝坡的斜坡上施工，摊铺不方便，影响施工进度。

传统的堆石坝面板设计理念为通过提高面板的强度和抵抗变形的能力来防止面板的开裂破坏。题为“混凝土面板堆石坝双层面板抗裂技术探讨”的学术论文(牟声远等，水力发电，2008年第1期)提出了一种沥青混凝土面板与普通混凝土面板组合的双层面板结构，使上下层面板解除约束，释放变形，减小面板拉应力，实现面板抗裂变形与防渗功能分割。但该文献提出的面板结构是整块的面板结构形式，这种面板虽然能在一定程度上适应施工期自重作用下的挠曲变形，但对于地震作用下的剪切、扭曲、张裂等变形毫无适应能力，且文献中也没有提及该面板结构在实际工程施工中的具体实施方法。这种面板结构的上、下两层面板直接接触，没有设置过渡材料，由于两种材料模量的差异，在两种材料接触处容易产生应力集中导致局部的裂缝和破坏。这种双层面板结构的下层混凝土面板刚度很大，在地震中承担了较大的作用力，容易产生破坏，下层混凝土面板在地震中破坏后，上层沥青混凝土将难以承受下层面板破坏后的不均匀变形，使上层沥青混凝土面板也遭到破坏。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统面板抵抗地震变形能力差的缺陷，提出一种土石坝的抗震组合面板，该组合面板能适应地震作用下产生的开裂、扭曲、错动等变形。

本发明的另一目的在于提供所述组合面板在实际工程应用中的施工方法。

本发明采用以下技术方案实现：

一种土石坝的抗震组合面板，其主要技术特征在于：组合面板由上、下两层混凝土面板和沥青层组成；所述的混凝土面板由矩形混凝土块组合而成，矩形混凝土块之间预留纵向和横向分缝；上、下两层混凝土面板的混凝土块采用交错方式排列；上、下两层混凝土面板之间为沥青层；各矩形混凝土块间的横缝和纵缝都采用沥青充填。

所述的矩形混凝土块形状相同，优选边长为12～18m，厚度为0.2～0.4m。混凝土块之间纵向和横向分缝的缝宽为1～2cm。

所述的沥青层厚度优选2～5cm。

本发明还涉及所述抗震组合面板的施工方法，包括以下步骤：

(1)填筑第一级坝体、过渡层和垫层；

(2)第一级坝体以及过渡层和垫层施工到第一级高程后，在垫层表面铺设5～10cm厚的沥青砂浆，铺设位置为第一级组合面板的下层混凝土面板分缝处；

(3)根据高程自下而上浇筑或铺设预制的组成第一级下层混凝土面板的矩形混凝土块，矩形混凝土块之间预留纵缝和横缝；

(4)第一级下层面板混凝土块养护达到设计强度后或铺设完成后，在矩形混凝土块之间的纵缝和横缝中间浇灌沥青；

(5)在第一级下层面板表面铺设沥青层；

(6)根据高程自下而上在沥青层上浇筑或铺设预制的组成第一级上层面板的矩形混凝土块，矩形混凝土块之间预留纵缝和横缝，上层面板与下层面板的分缝位置相互交错，且第一级上层面板的施工高程低于下层面板的施工高程；

(7)第一级上层面板混凝土块养护达到设计强度后或铺设完成后，在矩形混凝土块之间的纵缝和横缝中间浇灌沥青；

(8)重复步骤1～7，进行下一级坝体和面板的施工，直至达到坝顶高程。

本发明的优点和效果在于：所述的面板结构改变了传统的单层面板设计思路，由于采用分块组合设计，因此所述的面板具有较强的适应变形的能力，当面板发生挠曲、拉裂、扭曲等变形时，其变形都集中在纵缝和横缝完成，且面板本身自由不受约束，可产生平移、转动等刚体位移，单块面板本身变形很小，因此不会产生较大的应力而导致整个防渗系统的破坏；由于采用了双层面板结构，因此该面板还能适应剪切、错动变形，上下两层面板可以相互错动。本发明采用了多道防渗措施，沥青层适应变形能力强，在面板矩形混凝土块发生刚体位移时，沥青层能适应变形而不被破坏，起到很好的防渗效果。在上层面板分缝、上下层面板之间以及下层面板分缝都采取了严格的沥青层防渗措施。由于上下两层面板的矩形混凝土块交错搭接，因此整体稳定性好，安全可靠。本发明采用两层面板，再加上中间的沥青层，相当于有三道防水保障，地震中即使一层面板或两层面板遭到破坏，也不影响到整个坝体的防渗安全，因此具有很高的抗震安全性。本发明所采用的材料都为目前水利工程中应用广泛的材料，所需的施工步骤简单易行，不存在技术上的难度，因此工程造价低，效果好。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1本发明的抗震组合面板结构示意图；

图2本发明的抗震组合面板布置方式示意图；

图3图1中A位置局部放大图；

图4图1中B位置局部放大图。

具体实施方式

如图1～图4所示，一种土石坝的抗震组合面板结构，由上层混凝土面板1、沥青层2和下层混凝土面板3组成。上层混凝土面板1和下层混凝土面板3都由多个矩形混凝土块7组成，矩形混凝土块7边长为12～18m，厚度为0.2～0.4m。矩形混凝土块7与矩形混凝土块7之间预留纵向分缝5和横向分缝6，缝宽1～2cm；上层混凝土面板1和下层混凝土面板3之间用沥青层2填充，沥青层厚2～5cm；矩形混凝土块7间的纵向分缝5和横向分缝6都采用沥青填充。上层混凝土面板1和下层混凝土面板3的各矩形混凝土块7采用交错搭接的方式(如图2所示)，使两层面板的纵向分缝5和横向分缝6相互错开，增加渗透路径长度，从而提高防渗能力。

上述抗震组合面板的施工方法，包括以下技术步骤：

(1)根据设计要求对坝体填筑进行分级，根据面板尺寸的大小对上层面板1和下层面板2进行分块。分块后对面板的浇筑也进行分级，面板分级时每级面板浇筑的顶部高度应与下层混凝土面板3某一条设计横向分缝6的标高一致，同时每级面板浇筑的高度要低于同级施工的坝体高程。

(2)先填筑第一级坝体、过渡层和垫层4，填筑方法与常规面板堆石坝相同，为了简化，坝体和过渡层在图1中未标出。

(3)待第一级坝体以及过渡层和垫层4施工到第一级高程后，在坝坡底部设置趾板止水，趾板的设置方法与常规面板堆石坝相同。

(4)在垫层4表面铺设5～10cm厚的沥青砂浆8(如图4所示)，铺设位置为第一级下层面板3的纵缝5和横缝6处，沥青砂浆垫层8的作用是使下层混凝土面板3的纵向分缝5和横向分缝6底面封闭，防止浇灌沥青时渗漏。

(5)浇筑第一级下层面板3，浇筑时按照各矩形混凝土块7的高程自下而上进行，面板矩形混凝土块7与矩形混凝土块7之间预留纵缝5和横缝6。下层混凝土面板3浇筑时分块进行，先浇筑靠近坝底的矩形混凝土块7，再一级一级往上浇筑。

(6)待第一级下层面板3混凝土养护达到设计强度，在矩形混凝土块7与矩形混凝土块7之间的纵缝5和横缝6中间浇灌沥青，同时下层面板3与两岸坝肩接触的周边缝也用沥青填充，沥青的浇灌从上而下进行，这样可以使上部缝隙的沥青向下流动填充。

(7)在第一级下层面板3表面铺设一沥青层2。

(8)根据高程自下而上在沥青层2上浇筑第一级上层面板1，上层面板1与下层面板3的纵缝5和横缝6位置相互错开，矩形混凝土块7与矩形混凝土块7之间预留纵缝5和横缝6，第一级上层面板1的施工高程比第一级下层面板3的施工高程要低。

(9)待第一级上层面板1混凝土养护达到设计强度，在矩形混凝土块7与矩形混凝土块7之间的纵缝5和横缝6中间浇灌沥青，同时上层面板1与两岸坝肩接触的周边缝也用沥青填充，沥青的浇灌从上而下进行，这样可以使上部缝隙的沥青向下流动填充。

(10)重复步骤2～9，进行下一级坝体和面板的施工，直至达到坝顶高程。

当坝体高程较低时，面板的施工也可不进行分级而采用一级施工的方式，待整个坝体施工完成后，再进行整个面板的施工，施工方法同步骤3～9。

面板的矩形混凝土块7，除了上述步骤中所述的现场浇筑的施工方式外，也可采用先预制后装配的形式，施工方法与现浇的施工方式类似。采用预制施工方式的优点在于可以事先将矩形混凝土块7预制好，施工后不必养护，可加快工程的进度。

上述分级施工步骤，在第一级坝体施工完成后，浇筑第一级面板的同时也可进行第二级坝体的填筑，两者同时进行可以加快施工进度。同样，浇筑第二级面板的同时也可进行第三级坝体的填筑，依次类推。

Claims (6)

1.一种土石坝的抗震组合面板，其特征在于：组合面板由上、下两层混凝土面板和沥青层组成；所述的混凝土面板由矩形混凝土块组合而成，矩形混凝土块之间预留纵向和横向分缝；上、下两层混凝土面板的混凝土块采用交错方式排列；上、下两层混凝土面板之间为沥青层；各矩形混凝土块间的横缝和纵缝都采用沥青充填。

2.根据权利要求1所述的抗震组合面板，其特征在于：所述的混凝土块边长为12～18m，厚度为0.2～0.4m。

3.根据权利要求1所述的抗震组合面板，其特征在于：所述的混凝土面板混凝土块之间的纵向和横向分缝宽1～2cm。

4.根据权利要求1所述的抗震组合面板，其特征在于：所述的沥青层厚度为2～5cm。

5.根据权利要求1所述的抗震组合面板的施工方法，包括以下步骤：

(1)填筑第一级坝体、过渡层和垫层；

(2)第一级坝体以及过渡层和垫层施工到第一级高程后，在垫层表面铺设5～10cm厚的沥青砂浆，铺设位置为第一级下层混凝土面板分缝处；

(3)根据高程自下而上浇筑或铺设预制的组成第一级下层混凝土面板的矩形混凝土块，矩形混凝土块之间预留纵缝和横缝；

(4)第一级下层面板混凝土块养护达到设计强度后或铺设完成后，在矩形混凝土块之间的纵缝和横缝中间浇灌沥青；

(5)在第一级下层面板表面铺设沥青层；

(6)根据高程自下而上在沥青层上浇筑或铺设预制的组成第一级上层面板的矩形混凝土块，矩形混凝土块之间预留纵缝和横缝，上层面板与下层面板的分缝位置相互交错，且第一级上层面板的施工高程低于下层面板的施工高程；

(7)第一级上层面板混凝土块养护达到设计强度后或铺设完成后，在矩形混凝土块之间的纵缝和横缝中间浇灌沥青；

(8)重复步骤1～7，进行下一级坝体和面板的施工，直至达到坝顶高程。

6.根据权利要求5所述的抗震组合面板的施工方法，其特征在于：在浇筑某一级面板的同时进行下一级坝体的填筑施工。

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