CN101974894B - 一种组合坝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合坝，属于水利建筑物技术领域。组合坝上游侧的上部为斜面，下部为垂直面，组合坝的下游侧为斜面。上游侧上部的斜面上铺设钢板-混凝土组合面板，钢板混凝土组合面板的下面设有垫层过渡区。上游侧的下部设有堆石混凝土区，组合坝的下游侧和垫层过渡区的下面设有堆石料区，堆石料区与垫层过渡区和堆石混凝土区相互交界。本发明组合坝采用堆石材料、堆石混凝土和钢板混凝土组合面板形成，不仅可以充分发挥钢板-混凝土组合面板、堆石混凝土和开挖堆石料的各自优点和综合优势，而且能缩短面板的施工周期，明显增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，特别是对高坝愈显优越，具有良好的社会、经济和环境生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合坝，属于水利建筑物技术领域。
背景技术
土石坝是国内外最普遍、最常见的坝型，坝高从几米到300米，迄今我国已建成了数以万计的土石坝工程。土石坝以其经济性和更适应各种地形地质条件的优势，雄踞各类坝型的首位。尤其是混凝土面板堆石坝，不受当地防渗土料和筑坝材料的限制，可利用开挖料直接上坝碾压，显示出了强大的生命力。但是，现行高混凝土面板堆石坝存在下列的主要缺陷和尚需解决的技术难题：其一，现行面板高堆石坝的混凝土面板适用大坝变形能力有限，抗裂性和抗震性差，难免出现裂缝，特别是随着坝高的增加，安全风险随之加重；其二，死水位以下的面板，所受水头高，一旦因强震、坝体不均匀变形等原因导致裂缝过大而出现渗漏及安全问题，难以及时维修和恢复；其三，混凝土面板长期浸泡在水下或长期经受干湿和冷暖循环作用，特别是在有裂缝存在和水压侵蚀状态下长期工作，因钢筋锈蚀而产生的耐久性问题尚未很好解决；其四，如何减少混凝土面板的铺设施工周期和增长面板铺设之前坝体的预留沉降时间，对于提高筑坝质量是极为关键的问题之一。
混凝土重力坝是依靠自重维持稳定的坝型，它适合于建造在地形很开阔而覆盖层不很深的河道上，具有便于布置和设计坝上溢洪道、坝内式引水系统和坝后式电站厂房等多种优点。但是，混凝土重力坝也具有对坝基和混凝土骨料要求高、水泥用量大、施工中温控问题突出、筑坝速度慢等多种缺陷和技术难题。第四申请人曾经提出过名称为堆石混凝土施工方法，专利号为ZL03102674.5。修筑堆石混凝重力坝，可明显减少水泥用量、降低施工中水化温升和工程造价，但它具有混凝土重力坝的其他主要缺陷，目前尚没有修筑超过百米高坝的工程实例和经验。
发明内容
本发明的目的是提出一种组合坝，克服已有高混凝土面板堆石坝存在的主要缺陷和问题，充分发挥钢板-混凝土组合面板、堆石混凝土和开挖堆石料的各自优点，缩短面板的施工周期，增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全性。
本发明提出的组合坝，上游侧的上部为斜面，下部为垂直面，组合坝的下游侧为斜面；所述的上游侧上部的斜面上铺设钢板-混凝土组合面板，钢板混凝土组合面板的下面设有垫层过渡区，所述的上游侧的下部设有堆石混凝土区，所述的组合坝的下游侧和垫层过渡区的下面设有堆石料区，堆石料区与所述的垫层过渡区和堆石混凝土区相互交界。
上述组合坝中，堆石料区与堆石混凝土区的交界面坡度为1∶k，k值＝0.5～1.5。
上述组合坝中，组合坝的坝高H与堆石混凝土的高度h之比为：h∶H＝1∶1.5～3。
上述组合坝中，组合坝的上游侧上部的坝坡为1∶m，m值为1.2～1.6。
上述组合坝中，组合坝的下游侧坝坡为1∶n，n值为1.2～1.6。
本发明提出的组合坝，其优点是：采用堆石材料(Rock-Fill)、堆石混凝土(Rock-FillConcrete，RFC)和钢板混凝土组合面板(Steel plate and Concrete composite Faceplate，SCF)组合形成一种组合结构的新型挡水建筑物。坝体上游侧的下部采用堆石混凝土浇筑，上游侧的上部和下游侧采用堆石料填筑。上游侧上部的堆石料区的斜面上铺有垫层过渡层，其上再铺设钢板-混凝土组合面板。本发明根据面板堆石坝设计规范和水工挡土墙设计规范，确定满足变形、强度和稳定要求的组合坝坝型。不仅可以充分发挥钢板-混凝土组合面板、堆石混凝土和开挖堆石料的各自优点和综合优势，而且能缩短面板的施工周期，明显增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，特别是对高坝愈显优越，具有良好的社会、经济和环境生态效益。
附图说明
图1是本发明提出的组合坝的断面示意图。
图2是图1所示的组合坝中钢板混凝土组合板的结构示意图。
图1和图2中，1是钢板混凝土组合面板，2是垫层过渡区，3是开挖料盖重区，4是基础防渗帷幕，5是堆石混凝土区，6是堆石料区，7是防浪墙，8是混凝土，9是拴钉，10是钢板。H为组合坝的坝高，h是堆石混凝土的高度，n是组合坝下游侧的坡比，m是组合坝上游侧的坡比，k是堆石混凝土区的坡比。
具体实施方式
本发明提出的组合坝，其断面示意图如图1所示，上游侧的上部为斜面，下部为垂直面，组合坝的下游侧为斜面。上游侧上部的斜面上设有钢板混凝土组合面板1，钢板混凝土组合面板1的下面设有垫层过渡区2。上游侧的下部设有堆石混凝土区5。组合坝的下游侧设有堆石料区6，堆石料区6与垫层过渡区2和堆石混凝土区5相互交界。
上述组合坝中，堆石料区与堆石混凝土区的交界面坡度为1∶k，k值＝0.5～1.5。
上述组合坝中，组合坝的坝高H与堆石混凝土的高度之比为：h∶H＝1∶1.5～3。
上述组合坝中，组合坝的上游侧上部的坝坡为1∶m，m值为1.2～1.6。
上述组合坝中，组合坝的下游侧坝坡为1∶n，n值为1.2～1.6。
本发明提出的组合坝，其上游死水位以上采用钢板-混凝土组合面板1作为防渗结构。组合面板中的钢板自身可视为不透水材料并具有很强的延性，从而可显著地提高防渗效果和适应高坝坝体变形的能力。组合面板中的钢板10与混凝土8通过栓钉9紧密结合为一体。如图2所示，钢板10约束混凝土8可显著提高组合面板的抗裂性和抗震性，混凝土8约束钢板10可明显提高组合面板的耐久性和稳定性。组合面板可根据有关组合结构设计规范以及耐久性和稳定性要求，选定具体使用的混凝土和钢板。组合面板可根据坝体变形及温度与湿度变化情况，设置或不设置垂直伸缩缝。如果设置垂直伸缩缝，可基于面板堆石坝的已有经验设计接缝止水措施。组合面板可先预制、再在施工现场进行接缝焊接和少量现浇混凝土对接，从而简化施工，明显缩短工期。因其仅在死水位以上铺设，万一出现破损，亦便于修补或替换。
本发明提出的组合坝，其上游侧死水位以下使用堆石混凝土(Rock-Fill Concrete，RFC)浇筑，如图1中的5所示。堆石混凝土是使用自密实混凝土从表面浇注填充自然堆石体空隙而形成的一种致密且具有较高强度的混凝土，采用开挖弃渣、河床砂砾石中大粒径的块石或卵石作为RFC材料，水泥用量少、水化温升低、体积稳定性好，不需要采取温度控制措施，具有节能环保等优良性能。堆石混凝土填筑体是坝体防渗结构的一部分，自身具有不透水性。堆石混凝土填筑体的下部可设置防渗帷幕等覆盖层防渗结构，具有设计合理、施工便捷等特点。与面板堆石坝相比，堆石混凝土填筑体能够有效地减少坝体的沉降和不均匀变形，从而降低面板产生挠曲和裂缝的可能性。
本发明提出的组合坝，其上游侧死水位以上和下游侧的堆石料区6以及上游侧的开挖料盖重区3均采用堆石材料(Rock-Fill)填筑。堆石料区可根据面板堆石坝的设计要求进行设计和施工。开挖料盖重区的上游坡度和高度可根据堆石混凝土填筑体的稳定性要求来选定。堆石料区和盖重区能够充分利用开挖料，减少弃料，降低工程造价，大幅减少大坝施工对环境的影响，具有良好的社会、经济和环境生态效益。
本发明的组合坝中，上游侧的开挖料盖重区3在堆石混凝土填筑体能够满足稳定性要求的条件下可不设置，以节省填筑工程量。为了降低建设成本，对接近坝顶的上部低水头范围的部分钢板混凝土组合面板，可以用钢筋混凝土面板替代，但需在钢板-混凝土组合面板与钢筋混凝土面板的结合部做好水平缝的止水结构措施并满足稳定性要求。
本发明组合坝的顶部还设有防浪墙7。
图1为所述组合坝的典型断面示意图。坝高H，填筑混凝土高h，H∶h的范围从1∶1.5～3之间可选，上游坝坡为1∶m，m值为1.2～1.6之间可选；下游坝坡为1∶n，n值为1.2～1.6之间可选；堆石混凝土区与堆石料区的交界面坡度为1∶k，k值为0.5～1.5之间可选。上、下游坝坡的m和n值，可基于面板堆石坝的已有经验和设计要求选定。材料交界面坡度的K值，可基于堆石混凝土填筑区的稳定性要求和坝体及材料界面的变形控制要求选定。
图1中的堆石料区的坝体，可根据面板堆石坝设计规范进行满足变形、强度和稳定要求的设计计算；堆石混凝土填筑体，可根据有关堆石混凝土规范进行设计，也须将其视为水工高挡墙进行强度验算和稳定性计算；钢板-混凝土组合面版，可参照有关组合结构设计规范进行设计；由于坝体横截面内的多种材料弹模存在差异，应充分考虑接触面变形特性进行应力-位移分析，使其满足设计要求。
图1中，坝体的堆石混凝土区采用RFC材料浇筑，可按堆石混凝土坝施工方法进行施工；坝体的堆石料区和开挖盖重区采用开挖料等填筑，可按面板堆石坝施工方法进行施工；坝体的组合面板可先预制、再在施工现场进行接缝焊接和少量现浇混凝土对接。
图2中的组合面板是由钢板与混凝土通过栓钉紧密结合为一体的组合板状结构，可根据有关组合结构设计规范以及耐久性和稳定性要求，选定具体使用的混凝土和钢板；可根据坝体变形及温度与湿度变化情况，选择是否设置或不设置垂直伸缩缝。如果设置垂直伸缩缝，可基于面板堆石坝的已有经验设计接缝止水措施。组合面板可先预制再在施工现场进行接缝焊接和少量现浇混凝土对接。
Claims (5)
1.一种组合坝，其特征在于该组合坝上游侧的上部为斜面，下部为垂直面，组合坝的下游侧为斜面；所述的上游侧的上部设有钢板混凝土组合面板，钢板混凝土组合面板的下面设有垫层过渡区，所述的上游侧的下部设有堆石混凝土区，所述的组合坝的下游侧设有堆石料区，堆石料区与所述的垫层过渡区和堆石混凝土区相互交界。
2.如权利要求1所述的组合坝，其特征在于其中所述的堆石料区与堆石混凝土区的交界面坡度为1∶k，k值＝0.5～1.5。
3.如权利要求1所述的组合坝，其特征在于组合坝的坝高H与堆石混凝土的高度h之比为：h∶H＝1∶(1.5～3)。
4.如权利要求1所述的组合坝，其特征在于组合坝的上游侧上部的坝坡为1∶m，m值为1.2～1.6。
5.如权利要求1所述的组合坝，其特征在于组合坝的下游侧坝坡为1∶n，n值为1.2～1.6。
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Granted publication date: 20111116 |