CN102261053B

CN102261053B - 一种高土石坝抗震结构及其施工方法

Info

Publication number: CN102261053B
Application number: CN 201110122191
Authority: CN
Inventors: 杨星; 刘汉龙; 余挺; 丁选明; 杨贵
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: CN102261053A

Abstract

本发明公开了一种高土石坝抗震结构及其施工方法，由钢筋、土工格栅、不锈钢网、预制混凝土锚固段和土工格栅包裹段组成。在坝顶至1/5～1/4坝高范围内的上、下游坝壳堆石体中，根据堆石料碾压层数，每隔三层铺设一层钢筋并上浇沥青进行防锈处理，钢筋一端与预制混凝土锚固段固接，另一端与坝面不锈钢网铰接；每层碾压后的堆石体上均铺设土工格栅，坝面预留土工格栅翻卷到上一层碾压后的堆石体上，形成土工格栅包裹段；心墙顶面的钢筋贯穿整个堆石体，将上、下游坝面的不锈钢网相连。本发明吸收了柔性材料和刚性材料在抗震方面的优点，抗震性能好，施工方便，不影响施工进度，不增加坝体尺寸，是一种经济实用的高土石坝抗震结构。

Description

一种高土石坝抗震结构及其施工方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种高土石坝抗震结构及其施工方法。

背景技术

我国80%的水能资源集中在西部，随着社会经济的发展和对水能资源的开发，必将在这些地方修建大量高坝以开发利用这些水能资源。土石坝具有选材容易、造价较低、结构简单、抗震性能好等优点，在世界范围内得到了广泛应用。近年来，随着人们对土石料材料性质研究的深入和施工技术的进步，土石坝成为世界高坝建设的主流坝型之一。然而，由于水资源空间分布的限制，我国高土石坝往往修建在西部地震高烈度区。已有高土石坝震害和研究表明，高土石坝坝顶附近的地震反应最大，是抗震设计的关键部位。地震中坝体的鞭鞘效应，会使坝体顶部上、下游的堆石体出现松动、滚落，甚至浅层滑动，进而危及大坝的整体安全。因此，高土石坝的坝顶必须采取必要的抗震措施。

在本发明之前，高土石坝坝顶抗震措施，一般采取设置马道，并在马道高程以上放缓坝坡；加宽坝顶宽度；坝顶一定范围上、下游坝体内铺设柔性材料——土工格栅或铺设刚性材料——混凝土格梁。现有的这些工程措施问题在于：放缓坝坡和加宽坝顶宽度加大了土石方量和工程造价；土工格栅属于柔性材料，主要应用于路堤、边坡等工程的加固中，在土石坝的上、下游堆石体中铺设土工格栅的抗震措施，目前一般用于200m以下的土石坝；混凝土格梁在浇筑后需要有一个龄期，待其达到一定强度后方能继续进行坝料填筑，由于水能资源分布的限制，我国许多高土石坝建在川西高原和青藏地区，这些地区海拔高，气温低，冬季长达数月之久，降雪和积雪期长，混凝土浇筑困难，这大大制约了筑坝的施工进度，且混凝土格梁是刚性体，无法适应筑坝完成后坝体内部的不均匀自然沉降和地震造成的竖向永久变形。

发明内容

本发明的目的在于解决现有高土石坝抗震措施存在的问题，克服其缺点，同时吸收柔性材料和刚性材料在抗震性能方面的优点，提供一种高土石坝抗震结构及其施工方法。

为了实现以上技术目的，本发明采取以下技术方案：

一种高土石坝抗震结构，由钢筋、土工格栅、不锈钢网、预制混凝土锚固段和土工格栅包裹段组成，其技术特征在于：在坝顶至1/5～1/4坝高范围内的上、下游坝壳堆石体中，根据堆石料碾压层数，每隔三层铺设一层钢筋，钢筋一端与预制混凝土锚固段固接，另一端与坝面不锈钢网铰接，钢筋表面上浇沥青进行防锈处理；每层碾压后的堆石体上均铺设土工格栅，坝面处的土工格栅进行包裹式处理，翻卷到上一层碾压后的堆石体上，形成土工格栅包裹段；心墙顶面的钢筋贯穿整个堆石体，将上、下游坝面的不锈钢网相连。

所述的钢筋为Φ20～30的螺纹钢，钢筋水平伸入坝体的长度一般不小于30m，小于30m的伸至心墙表面。

所述的钢筋的竖向间距根据坝体堆石料碾压层数，每隔三层铺设一层钢筋，每层钢筋的水平向间距为1m～3m，上、下层钢筋交错布置。

所述的钢筋表面上浇沥青进行防锈处理。

所述的土工格栅在每层碾压后的堆石体上铺设，该层若有钢筋，土工格栅铺设在钢筋之上。

所述的土工格栅伸入坝体的长度与钢筋的长度一致。

所述的土工格栅纵向（主拉力向）垂直于坝轴线，且纵向（主拉力向）搭接长度不得小于1m，横向搭接长度不得小于0.1m。

所述的土工格栅铺设时不允许有褶皱，并尽量人工拉紧，以U形钉固定于碾压后的堆石体上。

所述的土工格栅在堆石料填筑时不得发生移动，填料中不得含有尖锐棱角等有损土工格栅的块石，上、下层土工格栅的搭接位置应错开，不得形成通缝。

所述的土工格栅包裹段，是由下层坝面预留的土工格栅翻卷到上层碾压后的堆石体上形成，且土工格栅在上层堆石体的覆盖长度大于2.5m，小于2.5m的伸至心墙表面。

所述的不锈钢网，在坝顶至1/5～1/4坝高范围内的上、下游坝面布设，不锈钢网的网肋中线间距为1m，并与上述坝壳堆石体伸出的钢筋铰接。

所述的预制混凝土锚固段，为边长30～70cm的预制正方体混凝土块，混凝土块内伸出钢筋连接头，与坝体内铺设的钢筋固接。

本发明还涉及所述的一种高土石坝抗震结构的施工方法，包括以下技术步骤：

（1）当坝体填筑到距坝顶1/5～1/4坝体高度时，在堆石体中铺设第一层钢筋，钢筋一端伸到坝面，另一端伸到埋设混凝土锚固段的位置。

（2）在距离坝面较远的钢筋端点埋设预制混凝土锚固段，混凝土锚固段与钢筋固接，在钢筋表面浇沥青进行防锈处理。

（3）在钢筋上铺第一层土工格栅，土工格栅深入坝体的长度与钢筋长度一致，靠近坝面的一端伸出坝面大于5m。

（4）继续填筑堆石料，该层堆石料碾压完后将坝面预留的土工格栅卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段。

（5）在该层堆石料上继续铺设第二层土工格栅。

（6）重复步骤（4）和（5）一次。

（7）继续填筑堆石料，将下层坝面预留的土工格栅卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段，然后在该层上继续铺设第二层钢筋。

（8）重复步骤（2）至步骤（7），直至施工高程达到设计坝顶高程。

（9）铺设坝面不锈钢网，不锈钢网与伸出坝面的钢筋铰接。

本发明的优点和效果在于充分吸收了土工格栅柔性材料和钢筋刚性材料在抗震性能方面的优点，刚柔结合，结构简单，施工方便，抗震性能好，不受气候环境影响，不影响施工进度，且不增加坝体尺寸，是一种经济实用的高土石坝抗震结构，尤其适合在我国水能资源分布丰富的西部高寒地区使用。坝壳堆石体内铺设土工格栅和钢筋，增强了地震中坝坡的抗滑能力和坝体的稳定性。堆石料通过与钢筋和土工格栅的摩擦作用，将引起侧向变形的拉力传递给钢筋和土工格栅，由于钢筋和土工格栅的变形模量大，因此可以限制堆石料的侧向变形。坝坡处的土工格栅采用包裹式处理形成土工格栅包裹段，在堆石体中加了一个侧向约束力，并且随着竖向应力的增加，侧向约束力也增加，具有很好的约束变形的效果。坝面不锈钢网与坝内钢筋铰接，心墙顶面的钢筋贯穿整个堆石体，将上、下游坝面的不锈钢网相连，使坝顶部成为一个整体，增强坝体的整体抗震性，并且铰接可以使坝内钢筋绕着坝面不锈钢网的节点转动，因此可以很好地适应筑坝完成后坝体内部的不均匀自然沉降和地震造成的竖向永久变形。不锈钢网易加工、易切割、易焊接，可以根据现场的需要做及时的尺寸调整，施工方便。本发明不需要浇筑混凝土，不存在混凝土的龄期，不影响施工进度，尤其适合在我国水能资源分布丰富的西部高寒地区使用。

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——本发明结构示意图；

图2——坝面不锈钢网示意图；

图3——图1中的A位置局部放大图；

图4——图1中的B-B剖面图。

其中：1、钢筋；2、土工格栅；3、不锈钢网；4、预制混凝土锚固段；5、土工格栅包裹段。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种高土石坝抗震结构，由钢筋（1），土工格栅（2），不锈钢网（3），预制混凝土锚固段（4），土工格栅包裹段（5）组成。在距坝顶1/5～1/4坝高范围内的上、下游坝壳堆石体中，根据堆石料碾压的层数，每隔三层铺设一层钢筋（1），钢筋（1）一端与预制混凝土锚固段（4）固接，另一端与坝面不锈钢网（3）铰接，钢筋（1）表面上浇沥青进行防锈处理；每层碾压后的堆石体上均铺设土工格栅（2），坝面处的土工格栅（2）采用包裹式处理，卷入上一层碾压后的堆石体上形成土工格栅包裹段（5）。

土工格栅（2）纵向（主拉力向）极限抗拉强度，每延米纵向拉伸屈服力大于150kN，土工格栅（2）单条抗拉强度大于250MPa，单条屈服极限延伸率≤8％，横向屈服极限延伸率≤10％，延伸率在3%时的抗拉力大于60kN/m，横向抗拉力大于80kN/m，土工格栅（2）横向之间应连接可靠，接头抗拉强度大于50kN/m。土工格栅铺（2）设时不允许有褶皱，并尽量人工拉紧，以U形钉固定于碾压后的堆石体上。U形钉由Φ5～10的钢筋制成，U形钉宽度为100mm，长为450mm。

本发明在土石坝填筑到距设计坝顶1/5～1/4坝体高度时，铺设第一层钢筋（1），埋设预制混凝土锚固段（4），钢筋（1）的一端伸至坝面，另一端与混凝土锚固段（4）伸出的钢筋固接，在钢筋（1）的表面浇沥青进行防锈处理。在钢筋（1）上铺设第一层土工格栅（2），坝面处的土工格栅（2）预留一定长度，继续进行坝体堆石料的填筑，当该层碾压完毕后，将下层坝面预留的土工格栅（2）卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段（5）。在此层上铺设第二层土工格栅（2），坝面处的土工格栅（2）预留一定长度，继续进行坝体堆石料的填筑，当该层碾压完毕后，将下层坝面预留的土工格栅（2）卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段（5），在此层上铺设第三层土工格栅（2），坝面处的土工格栅（2）预留一定长度，继续进行坝体堆石体的填筑，当该层碾压完毕后，将下层坝面预留的土工格栅（2）卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段（5）。铺设第二层钢筋（1），重复以上施工过程，直至施工高程达到坝体设计高程。坝面布设不锈钢网（3），不锈钢网（3）与钢筋（1）铰接。心墙顶面的钢筋（1）贯穿整个堆石体，将上、下游坝面的不锈钢网（3）相连，使坝顶部成为一个整体。

Claims

1.一种高土石坝抗震结构，由钢筋、土工格栅、不锈钢网、预制混凝土锚固段和土工格栅包裹段组成，其特征在于：在坝顶至1/5～1/4坝高范围内的上、下游坝壳堆石体中，根据堆石料碾压层数，每隔三层铺设一层钢筋，钢筋一端与预制混凝土锚固段固接，另一端与坝面不锈钢网铰接，钢筋表面上浇沥青进行防锈处理；每层碾压后的堆石体上均铺设土工格栅，坝面预留土工格栅翻卷到上一层碾压后的堆石体上，形成土工格栅包裹段；心墙顶面的钢筋贯穿整个堆石体，将上、下游坝面的不锈钢网相连。

2.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：钢筋为Φ20～30的螺纹钢，钢筋水平伸入坝壳堆石体的长度一般不小于30m，小于30m的伸至心墙表面，钢筋的竖向间距根据坝体堆石料碾压层数，每隔三层铺设一层钢筋，每层钢筋的水平向间距为1m～3m，上、下层钢筋交错布置。

3.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：土工格栅在每层碾压后的堆石体上铺设，该层若有钢筋，土工格栅铺设在钢筋之上，土工格栅伸入坝体的长度与钢筋的长度一致。

4.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：土工格栅的纵向搭接长度不得小于1m，横向搭接长度不得小于0.1m。

5.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：土工格栅铺设时上、下层的搭接位置应错开，不得形成通缝。

6.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：土工格栅包裹段是由下层坝面预留的土工格栅翻卷到上层碾压后的堆石体上形成，且土工格栅在上层堆石体的覆盖长度大于2.5m，小于2.5m的伸至心墙表面。

7.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：不锈钢网在坝顶至1/5～1/4坝高范围内的上、下游坝面布设，不锈钢网的网肋中线间距为1m，并与坝壳堆石体伸出坝面的钢筋铰接。

8.根据权利要求1所述的一种高土石坝抗震结构，其特征在于：预制混凝土锚固段为边长30～70cm的预制正方体混凝土块，混凝土块内伸出钢筋连接头，与坝体内铺设的钢筋固接。

9.根据权利要求1所述的高土石坝抗震结构的施工方法，包括以下技术步骤：

（1）当坝体填筑到距坝顶1/5～1/4坝体高度时，在堆石体中铺设第一层钢筋，钢筋一端伸到坝面，另一端伸到埋设混凝土锚固段的位置；

（2）在距离坝面较远的钢筋端点埋设预制混凝土锚固段，混凝土锚固段与钢筋固接，在钢筋表面上浇沥青进行防锈处理；

（3）在钢筋上铺第一层土工格栅，土工格栅深入坝体的长度与钢筋长度一致，靠近坝面的一端伸出坝面大于5m；

（4）继续填筑堆石料，该层堆石料碾压完后将坝面预留的土工格栅卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段；

（5）在该层堆石料上继续铺设第二层土工格栅；

（6）重复步骤（4）和（5）一次；

（7）继续填筑堆石料，将下层坝面预留的土工格栅卷起，进行包裹式处理，形成土工格栅包裹段，然后在该层上铺设第二层钢筋；

（8）重复步骤（2）至步骤（7），直至施工高程达到设计坝顶高程；

（9）铺设坝面不锈钢网，不锈钢网与伸出坝面的钢筋铰接。