CN102182163B - 一种组装式泥石流拦砂坝及其施工方法 - Google Patents

一种组装式泥石流拦砂坝及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种组装式泥石流拦砂坝及其施工方法。所述拦砂坝包括若干预制好的钢筋混凝土长方箱体纵横相连构成坝体主体，长方箱体顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体；坝体主体设于坝体基础之上，拦砂坝坝肩基础和坝体内侧边坡为浆砌石或混凝土填充，坝顶为浆砌石或混凝土封闭顶面。与现有技术相比，本发明充分利用长方箱体的快速组装特点，可将长方箱体在远离拦砂坝的场地预先制备，与拦砂坝坝体基础的施工同时进行，既能缩短施工周期，又能减小对拦砂坝现场周边环境的影响；利用长方箱体可直接装填沟内现存土体，从而解决施工材料大量运输的问题；与传统拦砂坝相比，可节省工程投资20～50％，节省施工期20～80％。

Description

一种组装式泥石流拦砂坝及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种基于长方箱体快速装配坝体的组装式泥石流拦砂坝及其施工方法。
背景技术
泥石流灾害是我国地质灾害的主要类型之一。随着山区经济的发展、西部大开发的深化，泥石流工程治理需求越来越旺盛。拦砂坝作为泥石流防治工程的主要类型之一，在泥石流治理中大量使用。
目前，拦砂坝主要采用浆砌石结构、或混凝土结构、或钢筋混凝土结构，其施工方法还是现场施工。现有结构的拦砂坝及其施工方法存在如下缺陷：第一，由于地基开挖、材料堆放、混凝土拌和等，易于造成施工现场环境破坏严重；第二，受施工场地限制，往往施工周期较长，而拦砂坝的施工对季节要求较高，一般在旱季施工、不能在雨季施工，需要对工序作周密的规划，否则某一环节出现拖延，则将导致整个工程受影响；第三，现场施工对材料要求较高，一般的粘性含量太高、砾石强度偏低的土体不能用做浆砌石和混凝土材料，如果沟内缺乏浆砌石的石料和混凝土的骨料而需要从外面运入，则将导致工程投资大幅度增加。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，针对现有拦砂坝施工时对现场环境破坏较大、施工材料运输难、施工期长且易受施工季节影响的情况，提供一种施工快速、对现场破坏较小、可充分利用任何沟谷现存土体材料的组装式泥石流拦砂坝及其施工方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明提出的一种组装式泥石流拦砂坝，包括若干预制好的钢筋混凝土长方箱体纵横相连(即每个长方箱体与其前后、左右、上下的长方箱体均相连)构成坝体主体，长方箱体顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体；所述坝体主体设于坝体基础之上，所述组装式泥石流拦砂坝坝肩基础和坝体内侧边坡为浆砌石或混凝土填充，坝顶为浆砌石或混凝土封闭顶面。构成坝体主体的长方箱体为事先预制，不仅能缩短拦砂坝的施工周期，而且能减小对拦砂坝周边环境的影响。所述长方箱体为顶面开敞、其余五面封闭的结构，不仅便于长方箱体之间的纵横相连，以及往长方箱体内部装填土体，而且利用这种结构的长方箱体组装的拦砂坝能够同时承受来自水平和垂直方向的双向作用力，具有较高抗压强度和较高稳定性，也才能有效抵抗泥石流冲击。
所述长方箱体的几何尺寸根据拦砂坝的空间尺寸进行规划，而拦砂坝的空间尺寸根据泥石流区域的实际情况进行规划。所述长方箱体的几何尺寸可以如下原则取值：①坝体溢流口至坝体基础的净坝高H是长方箱体高度h的整数倍，即h＝H/n1，其中n1为倍数。②长方箱体短边边长b由坝顶宽度B或坝体内侧边坡比降1∶m来确定；当根据坝顶宽度B确定时，坝顶宽度B是长方箱体短边边长b的整数倍，即b＝B/n2，n2为倍数；当根据坝体内侧边坡比降1∶m确定时，坝体内侧边坡比降1∶m是2倍长方箱体高度h与长方箱体短边边长b之比，即2h/b＝1∶m，得出b＝2mh。③为了利用长方箱体尽量填充坝体空间，长方箱体在平面上可以纵横交错以加强平面稳定性，因此长方箱体长边边长a可以考虑三种尺寸，取长方箱体长边边长a等于长方箱体短边边长b，或等于2倍长方箱体短边边长b，或等于3倍长方箱体短边边长b，即取a＝b、2b、3b。
限于长方箱体垂直方向的抗压强度，采用长方箱体的组装式泥石流拦砂坝的坝体溢流口至坝体基础的净坝高H小于等于10.0m。所述长方箱体高度h一般为0.5-1.0m，以保证长方箱体的稳定性。为了单体吊装方便，长方箱体的重量尽量控制在2000KG以内，即小于等于2000KG。为了吊装方便，在长方箱体的两端内侧壁上可预留吊装挂钩各1个。
所述的预制长方箱体为不封顶的敞口薄壁长方体，当长方箱体长边边长a等于2倍长方箱体短边边长b时，长方箱体内增加1个与长方箱体短边平行的横隔；当长方箱体长边边长a等于3倍长方箱体短边边长b时，长方箱体内增加2个分别与长方箱体短边平行的横隔；增加横隔的目的是增加长方箱体的强度。长方箱体侧壁厚度t1按照能够承受其上方长方箱体压力和泥石流的冲击力设计，一般取0.08-0.12m；长方箱体底板厚度、横隔厚度t2一般取0.06m。
所述长方箱体采用钢筋混凝土结构，长方箱体侧壁为单面或双面配筋，长方箱体底板和横隔为单面配筋，总体体积配筋率一般为0.5-2.0％，钢筋直径为0.006-0.012m，混凝土一般为C35、C30、C25。
一般来说，构成坝体主体的同一层长方箱体高度h相等，因此为了保证在同一层长方箱体之间的平面整体性，预制时在长方箱体侧壁上设有供长方箱体间横向相连的水平向连接孔，所述水平向连接孔可采用螺栓进行连接；长方箱体短边侧壁上的水平向连接孔为2-4个，长方箱体长边侧壁上的水平向连接孔按倍数增设，即为2-12个；水平向连接孔的位置要便于长方箱体前后、左右连接，水平向连接孔的直径一般为0.02-0.03m。为了减小水重量对长方箱体的压力以及通过排泄坝体库内泥石流体所含水份来减小泥石流对坝体的水平向推力，预制时在长方箱体底板和长方箱体侧壁上设有排水孔，充分排泄长方箱体内的水；长方箱体短边侧壁上的排水孔为2-4个，长方箱体长边侧壁上的排水孔按倍数增设，即为2-12个，长方箱体底板上的排水孔为2-4个；排水孔为圆孔，直径一般为0.03-0.06m。为了增加长方箱体上下两层之间的连接，预制时在长方箱体底板的四个角分别设有供长方箱体间纵向相连的竖向连接孔(当长方箱体内设有横隔时，长方箱体被分隔成2个或3个小箱体，分隔后的每个小箱体底板的四个角均可分别设有竖向连接孔)，连接方式可以是将钢筋穿过竖向连接孔焊接在上下层长方箱体侧壁伸出的钢筋上；竖向连接孔的大小为0.03×0.03 m2-0.04×0.04m2。
所述长方箱体内部装填土体，尽量利用沟道内堆积土体材料。长方箱体内部装填土体的最大粒径需要根据长方箱体短边边长b来确定，一般为长方箱体短边边长b的二分之一(即b/2)，即筛除最大粒径以上土体颗粒再装填。为了保证坝体强度，对装填的土体进行夯实或振捣密实。
所述组装式泥石流拦砂坝的施工方法，具体步骤如下：
A.根据泥石流区域的实际情况规划设计拦砂坝的空间尺寸(包括坝体溢流口至坝体基础的净坝高H、坝顶宽度B、坝体内侧边坡比降1∶m等)，根据拦砂坝的空间尺寸规划预制长方箱体的几何尺寸(包括长方箱体高度h、长方箱体短边边长b和长方箱体长边边长a)。从立面上规划预制长方箱体在拦砂坝中的充填空间位置，即规划每一个长方箱体在拦砂坝中的位置等。
B.按照设计基础开挖线开挖拦砂坝的地基，利用钢筋混凝土或混凝土或浆砌石处理地基底部形成坝体基础，同时将上述规划的长方箱体在远离拦砂坝的场地预先制备。
C.将预制好的钢筋混凝土长方箱体从坝体基础开始从下往上逐层依次吊装，然后将长方箱体进行纵横方向的连接处理(即每个长方箱体与其前后、左右、上下的长方箱体均相连)，同时每吊装一层就在长方箱体内装填开挖地基时挖出的沟道内土体，并将土体夯实或振捣密实，形成坝体主体。
D.在拦砂坝坝肩基础用浆砌石或混凝土填充(即长方箱体与清基线之间的无法用长方箱体填充的空隙部分用浆砌石或混凝土填充，形成坝肩基础)，在拦砂坝坝体内侧边坡(即无法用长方箱体填充部分)用浆砌石或混凝土填充，形成设计坝体型式。
E.对坝顶采用浆砌石或混凝土封闭顶面，最终形成组装式泥石流拦砂坝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：充分利用长方箱体的快速组装特点，可将长方箱体的制备与拦砂坝坝体基础的施工同时进行，大大缩短了施工周期；长方箱体可在远离拦砂坝的场地预先制备，减小了对拦砂坝现场周边环境的影响；对于沟道内缺乏建筑材料的场地，利用长方箱体可直接装填沟内现存土体，从而解决施工材料大量运输的问题；与传统拦砂坝相比，可节省工程投资20～50％，节省施工期20～80％。
附图说明
图1是当长方箱体长边边长a等于长方箱体短边边长b时的长方箱体示意图。
图2是当长方箱体长边边长a等于2倍长方箱体短边边长b时的长方箱体示意图。
图3是当长方箱体长边边长a等于3倍长方箱体短边边长b时的长方箱体示意图。
图4是组装式泥石流拦砂坝的结构示意图。
图5是组装式泥石流拦砂坝的左视图。
图中标号如下：
1 长方箱体                  2 坝体基础
3 内侧边坡                  4 坝顶
5 横隔                      6 水平向连接孔
7 排水孔                    8 竖向连接孔
9 坝肩基础
a 长方箱体长边边长          b 长方箱体短边边长
h 长方箱体高度              H 溢流口至坝体基础的净坝高
B 坝顶宽度                  1∶m坝体内侧边坡比降
t1长方箱体侧壁厚度          t2 横隔厚度
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
如图1、图2、图3、图4、图5所示。某泥石流沟流域面积5.6km2，为了控制泥石流灾害，规划在流域中部设置谷坊5座、拦砂坝1座、排导槽700m。针对拦砂坝，采用如下施工方法进行：
第一步，根据泥石流沟流域情况规划拦砂坝溢流口至坝体基础2的净坝高H为6.0m，坝顶4宽度B为2.0m，坝体内侧边坡比降1∶m为1∶0.67。由于该坝的净坝高H≤10.0m，拟采用本发明的组装式泥石流拦砂坝。所述组装式泥石流拦砂坝包括若干预制好的钢筋混凝土长方箱体1纵横相连构成坝体主体，长方箱体1顶面开敞、其余五面封闭。根据规划的拦砂坝空间尺寸，规划预制长方箱体1的几何尺寸：①按照坝体溢流口至坝体基础2的净坝高H是长方箱体1高度h的整数倍n1，初步拟定n1取12，得长方箱体1高度h＝6.0/12＝0.5m；②按照坝顶4宽度B是长方箱体1短边边长b的整数倍n2，初步拟定n2取2，得长方箱体1短边边长b＝2.0/2＝1.0m；③长方箱体1长边边长a分别取三种尺寸，取长方箱体1长边边长a＝1.0m、2.0m、3.0m(分别如图1、图2、图3所示)。
从规划的拦砂坝立面上，规划上述三种规格的长方箱体1每一个在拦砂坝中的充填空间位置，如图4、图5所示。
第二步，按照规划的拦砂坝的设计基础开挖线开挖拦砂坝的地基，利用C20混凝土处理地基底部形成坝体基础2，在开挖、处理地基的同时在远离拦砂坝的场地进行第一步中规划的三种规格长方箱体1的预先制备。
预制时，对长边边长a＝2.0m的长方箱体1内增加1个与长方箱体1短边平行的横隔5，对长边边长a＝3.0m的长方箱体1内增加2个分别与长方箱体1短边平行的横隔5。长方箱体1侧壁厚度t1为0.08m；长方箱体1底板厚度、横隔5厚度t2分别为0.06m。三种尺寸的长方箱体1均采用钢筋混凝土结构，长方箱体1侧壁、底板和横隔5均为单面配筋，总体体积配筋率为0.5％，钢筋直径为0.006m，混凝土为C30。这样三种规格的长方箱体1重量均不超过2000KG，便于利用小型拖拉机通过沟内机耕道运输且便于人工简易设备吊装。
预制时在长方箱体1侧壁上设有供长方箱体1间采用螺栓进行横向相连的水平向连接孔6，长方箱体1短边侧壁上的水平向连接孔6为2个，三种尺寸的长方箱体1长边侧壁上的水平向连接孔6分别为2、4、6个，水平向连接孔6的直径为0.02m。长方箱体1底板和长方箱体1侧壁上设有排水孔7，长方箱体1短边侧壁和底板上的排水孔7分别为2个，三种尺寸的长方箱体1长边侧壁上的排水孔7分别为2、4、6个，排水孔7是直径为0.03m的圆孔。长方箱体1底板的四个角分别设有供长方箱体1间纵向相连的竖向连接孔8(对其内设有横隔5的长方箱体1，长方箱体1被分隔成2个或3个小箱体，分隔后的每个小箱体底板的四个角均有竖向连接孔8)，连接方式是将钢筋穿过竖向连接孔8焊接在上下层长方箱体1侧壁伸出的钢筋上，竖向连接孔8的大小为0.03×0.03m2。
第三步，将第二步中预制好的钢筋混凝土长方箱体1从坝体基础2开始从下往上逐层依次吊装，然后通过水平向连接孔6和竖向连接孔8将长方箱体1进行纵横方向的连接处理，同时每吊装一层就在长方箱体1内装填开挖地基时挖出的沟道内土体，并将土体夯实或振捣密实，形成坝体主体。长方箱体1内部装填土体的最大粒径为0.5m。
第四步，在拦砂坝坝肩基础9用C20混凝土填充，在拦砂坝坝体内侧边坡3用C20混凝土填充，形成设计坝体型式。
第五步，对坝顶4采用C20混凝土封闭顶面，最终形成组装式泥石流拦砂坝。其结构为预制好的钢筋混凝土长方箱体1纵横相连构成坝体主体，长方箱体1顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体；所述坝体主体设于坝体基础2之上，所述组装式泥石流拦砂坝坝肩基础9和坝体内侧边坡3为混凝土填充，坝顶4为混凝土封闭顶面。
实施例二
如图1、图2、图4、图5所示。与实施例一相同之处不在赘述，不同之处在于：
第一步，针对泥石流沟流域面积10.0km2，规划拦砂坝溢流口至坝体基础2的净坝高H为10.0m，坝顶4宽度B为3.0m，坝体内侧边坡比降1∶m为1∶0.7。由于该坝的净坝高H≤10.0m，拟采用本发明的组装式泥石流拦砂坝。根据规划的拦砂坝空间尺寸，规划预制长方箱体1的几何尺寸：①按照坝体溢流口至坝体基础2的净坝高H是长方箱体1高度h的整数倍n1，初步拟定n1取10，得长方箱体1高度h＝10.0/10＝1.0m；②按照坝体内侧边坡比降1∶m是2倍长方箱体1高度h与长方箱体1短边边长b之比，得长方箱体1短边边长b＝2×1.0×0.7＝1.4m；③长方箱体1长边边长a分别取两种尺寸，取长方箱体1长边边长a＝1.4m、2.8m(分别如图1、图2所示)。
第二步，利用浆砌石处理地基底部形成坝体基础2。
长方箱体1侧壁厚度t1为0.12m。两种尺寸的长方箱体1均采用钢筋混凝土结构，长方箱体1侧壁为双面配筋，长方箱体1底板和横隔5均为单面配筋，总体体积配筋率为2.0％，钢筋直径为0.012m，混凝土为C35。这样两种规格的长方箱体1重量均不超过2000KG，便于利用小型拖拉机通过沟内机耕道运输且便于人工简易设备吊装。长方箱体1短边侧壁上的水平向连接孔6为4个，两种尺寸的长方箱体1长边侧壁上的水平向连接孔6分别为4、8个，水平向连接孔6的直径为0.03m。长方箱体1短边侧壁和底板上的排水孔7分别为4个，两种尺寸的长方箱体1长边侧壁上的排水孔7分别为4、8个，排水孔7是直径为0.06m的圆孔。竖向连接孔8的大小为0.04×0.04 m2。
第三步，长方箱体1内部装填土体的最大粒径为0.7m。
第四步，在拦砂坝坝肩基础9用浆砌石填充，在拦砂坝坝体内侧边坡3用浆砌石填充，形成设计坝体型式。
第五步，对坝顶4采用浆砌石封闭顶面，最终形成组装式泥石流拦砂坝。其结构为预制好的钢筋混凝土长方箱体1纵横相连构成坝体主体，长方箱体1顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体；所述坝体主体设于坝体基础2之上，所述组装式泥石流拦砂坝坝肩基础9和坝体内侧边坡3为浆砌石填充，坝顶4为浆砌石封闭顶面。

Claims (10)

1.一种组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：所述组装式泥石流拦砂坝包括若干预制好的钢筋混凝土长方箱体(1)纵横相连构成坝体主体，长方箱体(1)顶面开敞、其余五面封闭、内部装填土体；所述坝体主体设于坝体基础(2)之上，所述组装式泥石流拦砂坝坝肩基础(9)和坝体内侧边坡(3)为浆砌石或混凝土填充，坝顶(4)为浆砌石或混凝土封闭顶面。
2.根据权利要求1所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：坝体溢流口至坝体基础(2)的净坝高H是长方箱体(1)高度h的整数倍；坝顶(4)宽度B是长方箱体(1)短边边长b的整数倍，或坝体内侧边坡比降1∶m是2倍长方箱体(1)高度h与长方箱体(1)短边边长b之比；长方箱体(1)长边边长a等于长方箱体(1)短边边长b，或等于2倍长方箱体(1)短边边长b，或等于3倍长方箱体(1)短边边长b。
3.根据权利要求2所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：坝体溢流口至坝体基础(2)的净坝高H小于等于10.0m，长方箱体(1)高度h为0.5-1.0m；长方箱体(1)重量小于等于2000KG。
4.根据权利要求2所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：当长方箱体(1)长边边长a等于2倍长方箱体(1)短边边长b时，长方箱体(1)内增加1个与长方箱体(1)短边平行的横隔(5)；当长方箱体(1)长边边长a等于3倍长方箱体(1)短边边长b时，长方箱体(1)内增加2个分别与长方箱体(1)短边平行的横隔(5)。
5.根据权利要求4所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：长方箱体(1)侧壁厚度t1为0.08-0.12m，长方箱体(1)底板厚度、横隔(5)厚度t2为0.06m。
6.根据权利要求4所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：长方箱体(1)侧壁为单面或双面配筋，长方箱体(1)底板和横隔(5)为单面配筋，总体体积配筋率为0.5-2.0％，钢筋直径为0.006-0.012m。
7.根据权利要求1至6任一所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：长方箱体(1)侧壁上设有供长方箱体(1)间横向相连的水平向连接孔(6)，长方箱体(1)底板和长方箱体(1)侧壁上设有排水孔(7)，长方箱体(1)底板的四个角分别设有供长方箱体(1)间纵向相连的竖向连接孔(8)。
8.根据权利要求7所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：长方箱体(1)短边侧壁上的水平向连接孔(6)和排水孔(7)分别为2-4个，长方箱体(1)长边侧壁上的水平向连接孔(6)和排水孔(7)分别为2-12个，水平向连接孔(6)的直径为0.02-0.03m，排水孔(7)直径为0.03-0.06m；竖向连接孔(8)的大小为0.03×0.03m2-0.04×0.04m2。
9.根据权利要求2所述的组装式泥石流拦砂坝，其特征在于：长方箱体(1)内部装填土体的最大粒径为长方箱体(1)短边边长b的二分之一。
10.如权利要求1所述的组装式泥石流拦砂坝的施工方法，其特征在于：所述组装式泥石流拦砂坝的施工方法，具体步骤如下：
A.根据实际情况规划设计拦砂坝的空间尺寸，根据拦砂坝的空间尺寸规划预制长方箱体(1)的几何尺寸；从立面上规划预制长方箱体(1)在拦砂坝中的充填空间位置；
B.按照设计基础开挖线开挖拦砂坝的地基，利用钢筋混凝土或混凝土或浆砌石处理地基底部形成坝体基础(2)，同时将规划的长方箱体(1)在远离拦砂坝的场地预先制备；
C.将预制好的钢筋混凝土长方箱体(1)从坝体基础(2)开始从下往上逐层依次吊装，然后将长方箱体(1)进行纵横方向的连接处理，同时每吊装一层就在长方箱体(1)内装填开挖地基时挖出的沟道内土体，并将土体夯实或振捣密实，形成坝体主体；
D.在拦砂坝坝肩基础(9)用浆砌石或混凝土填充，在拦砂坝坝体内侧边坡(3)用浆砌石或混凝土填充，形成设计坝体型式；
E.对坝顶(4)采用浆砌石或混凝土封闭顶面，最终形成组装式泥石流拦砂坝。
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