CN104060580B - 补偿位移消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对高面膜堆石坝在水库蓄水后上游坝面防渗膜周边锚固处极易产生导致防渗膜破坏的夹具效应，提出一种以补偿位移原理消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法。将防渗膜锚固线低于坝面铺膜线设置；将混凝土趾板的平直段作为置膜区以便将待铺设的坝面防渗膜自上而下进入锚固装置；将混凝土趾板的锚固基面凹入混凝土趾板(防渗下游侧)斜面并在坝面铺膜线上部形成小空腔，有效消减了锚固部位坝体材料的位移量，且水库蓄水后铺膜线向防渗膜锚固线靠拢时可容纳铺膜线以上的防渗膜；采用不锈型钢作为锚固压紧件可使紧固螺栓间距增加0.5～1.0倍而加快施工速度；锚固基面涂抹柔性密封胶可止水并可防止颗粒进入，保证坝面铺膜线向防渗膜锚固线移动时膜免受损伤。

Description

补偿位移消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法

技术领域

本发明涉及以位移补偿原理防止锚固处防渗膜因夹具效应而破坏的方法，属于高面膜堆石坝膜防渗结构技术领域。

背景技术

水库大坝是水资源开发领域的重要建筑物，因筑坝材料不同主要分为混凝土坝和土石坝两种，土石坝由于具有采用当地材料、对坝址地基要求低的特点而居大多数。高堆石坝中的防渗体主要采用黏性土心墙或钢筋混凝土面板，而对于坝址地基为较深覆盖层时，只能采用黏土心墙(或斜心墙)连接地基混凝土防渗墙的型式。高黏土心墙堆石坝需在坝址附近采集黏土，少则几十万立方米，多则上百万立方米，不仅征地代价高，而且造成地表植被破坏，影响生态环境。

采用高分子聚合物膜作为堆石坝的防渗体可取代黏性土，据国际大坝委员会统计，至2010年全球至少有167座土石坝采用膜防渗。然而，对于较高的面膜堆石坝，由于坝体受到自重和巨大水压力作用，坝体堆石材料将产生最大相对于坝高0.5％～1％的位移变形，铺设在坝面上的防渗膜将随坝体一起位移，而膜的周边锚固在几乎不变形的岩体或混凝土体上，这将使防渗膜在岩体或混凝土体与土石坝体的交界处很小的尺度内产生相对较大的拉伸变形，如同两个靠在一起的夹具拉伸着防渗膜的试样，防渗膜自身具有的很大延伸性也难以适应，极易使防渗膜断裂破坏，此种效应称作为夹具效应。

消除夹具效应常采用所谓“伸缩节”技术，如附图1所示，在周边锚固处的坝面将防渗膜作一个“之”字形褶皱，企盼坝体位移时，“伸缩节”能打开，打开部分的长度使防渗膜免受拉伸或少受拉伸，这在许多文献中都作了介绍。然而，试验、计算分析都表明，高面膜堆石坝的“伸缩节”在锚固处防渗膜产生夹具效应时，一是“之”字形褶皱由于巨大水压力的压紧作用而不能展开，二是“之”字形褶皱已远离锚固处，周边岩体或混凝土体与坝体交界处以外的任何措施都不能解决产生于交界处的夹具效应问题。

另有一些期望消除夹具效应的技术措施均由于其难以实施只能是一种设想。例如，借用洗手间卫生纸卷筒厢原理，在防渗膜锚固槽内设置蜷缩膜的自由空间，类似于洗手间卷筒纸厢，在防渗膜受拉时，蜷缩在自由空间中的防渗膜被牵引出锚固槽，消除夹具效应。但是，复杂的边界条件导致复杂的工艺流程使之难以实施，此外，为了防止砂砾进入“厢体”内，锚固槽内外之间的通道只能稍大于防渗膜的厚度，形成锚固槽自由空间的“厢体”外壳必须是具有较大强度的钢筋混凝土结构，并且只能在防渗膜锚固后再行施工，而施工难度极大且极易损伤已经锚固的防渗膜。因此，难以实施的设计往往使建设者最终放弃整个设计方案。

因此，发明在实际工程中真正能有效消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应且又简便易行的方法十分必要。

发明内容

本发明针对高面膜堆石坝防渗膜周边锚固处极易产生导致膜破坏的夹具效应，提出了一种以补偿位移原理消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法。

本发明包括以下具体方法，如附图2所示。

1、防渗膜锚固线与坝面铺膜线的布置。将防渗膜锚固线的设置低于坝面铺膜线，两者之间的距离根据数值计算和工程经验确定，其与坝高、坝体填料、施工质量有关，一般在20～50cm之间。水库蓄水后，坝面铺膜线由于坝体位移而趋近于防渗膜锚固线，理想状态为两者重合，即坝体位移并未使膜随之发生拉伸变形，也就是防渗膜锚固线和铺膜线的位置差最终补偿了坝体位移。

2、防渗膜锚固基础布置与工艺。坝基与两岸混凝土趾板是防渗膜锚固的基础。在坝体填筑前完成河床段混凝土趾板浇筑；先于相邻坝体的填筑，逐段清理左右岸坡开挖的混凝土趾板基础，并浇筑混凝土趾板(混凝土趾板内预埋锚筋与预留灌浆孔)包括在混凝土趾板的混凝土中埋置锚固不锈螺杆，混凝土趾板的下游面经过设计处理后作为防渗膜的磨平锚固基面。混凝土趾板平直段可作为暂时放置锚固边缘幅防渗膜的处所，称作“置膜区”。坝体填筑与混凝土趾板区域灌浆完成后，利用混凝土趾板与坝体之间的欠填空间进行边缘幅防渗膜的锚固。

3、防渗膜的逆向锚固。将坝面防渗膜自上而下进入锚固装置。即将锚固的边缘幅防渗膜放置在“置膜区”，防渗膜边缘从混凝土趾板上面自上而下进入锚固装置进行锚固。然后回填并压实混凝土趾板与坝体间的大部分欠填空间，锚固件被埋没(因锚固线低于坝面铺膜线)，将“置膜区”的边缘幅防渗膜移位至混凝土趾板的相对侧，铺设至坝面，最后将靠近锚固处防渗膜上面留下的一小部分欠填空间填实。

4、膜锚固装置工艺。

(1)混凝土趾板的锚固基面凹入混凝土趾板(防渗下游侧)斜面，并在坝面上部形成小空腔。

混凝土趾板的(防渗下游侧)斜面垂直于面板长度方向，本方法在坝面现浇混凝土板以下的混凝土趾板下游面作成凹入混凝土趾板的防渗膜锚固基面，凹入面方位与(防渗下游侧)斜面平行，两者间距20cm。主要作用为：一是凹入面以内的坝体材料的位移显著减小，有效削减了产生夹具效应的动因；二是凹入部分的坝面铺膜线上方形成一个小的空腔，在坝面向下位移时，即铺膜线向防渗膜锚固线靠拢时，铺膜线以上的防渗膜有了自身的位置。

(2)用不锈槽钢取代扁钢作为锚固压紧构件。本方法采用腹板高度较小的不锈槽钢，由于其刚度比扁钢显著增强，螺栓间距可比采用扁钢增加0.5～1.0倍以上。

(3)锚固件上部基面涂抹柔性密封胶。防渗膜自上而下进入锚固件，在锚固件以外上部的基面上涂抹10～20cm宽的柔性密封胶，将防渗膜粘在基面上(密封胶粘着力较小，在膜面线移动过程中防渗膜可从锚固基面上分离，密封胶主要起防止水和颗粒进入的作用)，然后转约90°角铺至坝面。蓄水后防渗膜随坝面向下部发生位移时，在密封胶上从锚固基面分离的防渗膜就留在空腔内。

防渗膜锚固顺序为：先将锚固基面磨平，涂刷密封胶，依次穿过埋置的锚固不锈螺栓铺设橡胶带、防渗膜、橡胶带、起镇压作用不锈槽钢，拧紧不锈螺母。

本发明有以下效果：

1、将防渗膜锚固线的设置低于坝面铺膜线，为坝体位移时避免防渗膜产生拉伸变形提供了基础条件；

2、将混凝土趾板的平直段作为置膜区并将待铺设的坝面防渗膜自上而下进入锚固装置，为坝面铺膜线在蓄水后位移至防渗膜锚固线提供了实现条件；

3、将混凝土趾板的锚固基面凹入趾板(防渗下游侧)斜面并在坝面铺膜线上部形成小空腔，不仅有效消减了锚固部位坝体材料的位移量，而且在铺膜线向防渗膜锚固线靠拢时，多余的膜有了自身的位置，免招损伤；

4、采用不锈槽钢作为锚固压紧件可使紧固螺栓间距增加0.5～1.0倍，有效加快施工速度；

5、锚固件上部基面涂抹柔性密封胶，将防渗膜粘在基面上不仅可止水也可防止颗粒进入，保证坝面铺膜线向防渗膜锚固线移动时膜免受损伤。

本发明的主要目的和原理为：在水库蓄水大坝上游坝面产生位移后，使坝面周边锚固处防渗膜在从原坝面铺膜线位置回到防渗膜锚固线位置附近的过程中并未产生伸长变形，防渗膜内也不产生拉力，消除了锚固处的夹具效应。概括之，即以防渗膜位置的补偿位移实现锚固处防渗膜的无拉伸变形。该项方法所包含的发明思想、预期实践效果与实施所表现出的简便易行的可操作性都是以往所有防渗膜锚固技术所不具备和无法比拟的。

附图说明

图1是传统锚固方式及伸缩节示意图

图2是补偿位移消除夹具效应的锚固方式示意图(图2中1:1.4～1:1.8为坝坡坡比范围)

图中：

1.坝面膜铺线2.防渗膜锚固线3.防渗膜4.不锈螺杆5.不锈螺母6.不锈槽钢7.上橡胶垫带8.锚固件中防渗膜9.下橡胶垫带10.磨平锚固基面11.密封胶层12.空腔13.颗粒垫层14.现浇混凝土板15.坝面基准线16.混凝土趾板17.混凝土趾板平直段18.混凝土趾板斜面19.基岩20.“之”字形褶皱伸缩节21.大坝周围基岩或混凝土22.扁钢

具体实施方式

图2中大坝上游面周边基岩19上浇筑混凝土趾板，并沿防渗膜锚固线2埋入不锈螺杆4，混凝土趾板断面形状如16所示，其中混凝土趾板斜面18设置一磨平锚固基面10；

在大坝填筑完成后留出混凝土趾板防渗下游侧附近欠填区域，将待锚固的一幅防渗膜卷放置在混凝土趾板平直段17上；

将防渗膜3的锚固边缘从混凝土趾板上部铺到混凝土趾板防渗下游侧斜面，以事先设计的膜上的圆孔套上不锈螺杆4，此时，凹面混凝土表面已涂上密封胶层11，下橡胶带9已套上不锈螺杆铺在密封胶层上，防渗膜就在下橡胶带9上；

在防渗膜的上面再套上不锈螺杆铺设一层上橡胶带7；

将不锈槽钢6套上不锈螺杆；

将不锈螺母5套上不锈螺杆并按照设计预紧力拧紧，此时，混凝土趾板平直段17上的防渗膜卷的一端边缘已经锚固完毕；

将锚固附近坝体欠填区域按设计要求填筑压实，如颗粒垫层13所示；

将放置在混凝土趾板平直段17上的防渗膜卷移至坝面沿铺膜线1铺设，如图中防渗膜3所示；

将空腔12下面的颗粒垫层料按坝面铺膜线1填实，并留出空腔12；

当防渗膜3与坝面相邻幅的膜拼接成整体后，可在防渗膜3上现浇混凝土护坡板14，除锚固处附近外，其余混凝土护坡板的顶面即为坝面基准线15。

当水库蓄水时，上游坝面向水压力方向发生位移，坝面铺膜线1逐渐向防渗膜锚固线接近；混凝土趾板凹面内因颗粒压缩量很小而位移量很小，靠近凹面表面的防渗膜并不位移至防渗膜锚固线，可容纳在空腔12中。这样，就完全避免了传统锚固方法所产生的夹具效应。

Claims (1)

1.一种补偿位移消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法，包括以下步骤：

1)将防渗膜锚固线的设置低于坝面铺膜线，两者之间的距离在20～50cm之间；

2)在坝体填筑前完成河床段趾板浇筑，先于相邻坝体的填筑，逐段清理左右岸坡开挖的混凝土趾板基础，并浇筑混凝土趾板，包括在混凝土趾板的混凝土中埋置锚固螺杆，混凝土趾板的下游面经过设计处理后作为防渗膜的锚固基面，混凝土趾板的平直段可作为暂时放置锚固边缘幅防渗膜的处所，称作“置膜区”，坝体填筑与混凝土趾板区域灌浆完成后，利用混凝土趾板与坝体之间的欠填空间进行边缘幅防渗膜的锚固；

3)将锚固的边缘幅防渗膜放置在“置膜区”，防渗膜边缘从混凝土趾板上面自上而下进入锚固装置进行锚固；

4)回填并压实混凝土趾板与坝体间的大部分欠填空间，埋设锚固件；

5)将“置膜区”的边缘幅防渗膜移位至混凝土趾板的相对侧，铺设至坝面，最后将靠近锚固处防渗膜上面留下的一小部分欠填空间填实；

所述的混凝土趾板的锚固基面凹入混凝土趾板斜面，凹入面方位与斜面平行，两者间距20cm：

所述锚固所需压紧件采用型钢；

所述锚固件上部基面涂抹10～20cm宽的柔性密封胶；

所述防渗膜锚固顺序为：先将锚固基面磨平，涂刷密封胶，依次穿过埋置的锚固螺栓铺设橡胶带、防渗膜、橡胶带、镇压型钢，拧紧螺母。