CN104131535B - 一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构及其施工方法，结构特点：心墙两侧堆石分层布置，层间铺设有由带中孔的空心混凝土柱、钢筋、现浇混凝土块和高聚物构成的复合加筋件。空心混凝土柱的一开口端伸出堆石体外，一闭口端有一个金属连接件；空心混凝土柱壁周有通孔。中孔和通孔内以及土柱体四周灌注有高聚物。钢筋的一直线端与金属连接件相连，L端与现浇混凝土块相连。施工步骤：分层填筑；层间铺设钢筋和空心混凝土柱；焊接钢筋与金属连接件；L端插入堆石中并浇筑混凝土块；从土柱开口端注射高聚物。本发明结构简单、施工方便，抗震性能优越。
Description
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构及其施工方法。
背景技术
我国是世界上水能资源最丰富的国家之一，水电开发总量还剩余4.2亿千瓦，规划到2020年需开发1.7亿千瓦。而我国的水能资源80％以上都分布在西部地区，且开发利用率不足10％，推进“西部大开发”战略决策，实现“西电东送”，是推动西部社会经济发展的重要优势资源。西部地区多高山峻岭峡谷，易于修建有调节径流、防洪、灌溉、供水和发电等方面的综合利用的高坝工程。
在这些地区目前正在规划建设一批高土石坝，如古水堆石坝294m、双江口堆石坝314m等。我国是一个多地震国家，其中西部地区断层发育多，地震环境复杂，是我国主要强地震区，地震的强度和发震频度都很高。由于坝高库大，坝址所在地区地形地质条件复杂，水库大坝一旦失事，后果将是灾难性的。因此，建立有效适应当地地质条件、安全可靠的大坝是非常必要的。
中国专利ZL201210006730.3公开了一种土石坝注浆加固抗震方法，是一种对坝顶上下游1/4到1/5高度范围内采用竖向钻孔高聚物注浆柔性加固方式的土石坝加固方法，即可用于新建土石坝，也适用于已建土石坝。此方法对坝顶上下游1/4到1/5高度范围内采用高聚物进行加固，提高了坝顶的稳定性，但不能抑制坝坡堆石滑动，这种加固方式单一且属于柔性加固，抗震效果受到限制，特别是在较强地震作用下会发生加固体的破坏。中国专利ZL201210007131.3公开了一种高聚物注浆土石坝及其施工方法，是一种采用分层竖向钻孔高聚物注浆柔性加固方式的土石坝填筑加固方法，能够有效地抑制下游堆石的滑动，提高坝坡在地震荷载作用下的稳定性，但竖向钻孔注浆操作困难且复杂，特别是在堆石体中容易出现“掉钻”和“卡钻”等一些列问题，只采用高聚物加固，方式单一属于柔性加固，同样存在在较强地震作用下加固体发生破坏的可能性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、施工方便，能够有效抑制堆石的滑动、抗震性能优越的高聚物复合加筋土石坝抗震结构及其施工方法。
本发明采用以下技术方案实现：
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构，包括心墙、堆石、钢筋和混凝土，其特征在于：位于心墙两侧的堆石分层布置，其层间每侧铺设有复合加筋件。所述的复合加筋件包括具有中孔的空心混凝土柱、钢筋、现浇混凝土块和高聚物。所述的空心混凝土柱的一端为开口，另一端为闭口，其开口端伸出堆石外，其闭口端伸出有一个金属连接件。所述的空心混凝土柱的柱体壁四周具有与中孔相贯通的通孔。在所述的空心混凝土柱的中孔和通孔内以及空心混凝土柱的柱体四周灌注有高聚物。所述的钢筋有一个直线端与空心混凝土柱的闭口端的金属连接件相连，另一端L端与现浇混凝土块相连。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的分层布置的堆石的每层厚度为3m-5m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的复合加筋件在堆石的层间水平铺设，并沿坝体长度方向上平行排列，其间距为3m-5m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的空心混凝土柱的中孔的内径不小于0.03m，其通孔内径为0.01m-0.03m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的通孔中心线与空心混凝土柱的中孔中心线相垂直，并且通孔沿空心混凝土柱长度方向上布置，其间距不小于0.025m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的钢筋的直径不小于0.02m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的现浇混凝土块的体积不小于0.15m3。
一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)土石坝分层填筑，当分层填筑堆石累积厚度达到3m-5m时，水平铺设钢筋和空心混凝土柱，沿坝体长度方向上的平行排列间距为3m-5m，空心混凝土柱的开口端伸出堆石外；
(2)钢筋的直线端与空心混凝土柱闭口端的金属连接件采用焊接方式连接，将钢筋的另一端L端插入堆石中并浇筑混凝土，形成现浇混凝土块；
(3)继续填筑下一层堆石；
(4)重复(1)-(3)的步骤，直至填筑到坝顶；
(5)通过空心混凝土柱的伸出堆石外的中孔开口端向堆石内部注射高聚物，高聚物在空心混凝土柱内部发生化学反应后体积膨胀，通过通孔渗透到空心混凝土柱四周的堆石内部。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
(1)抗震效果好。采用的高聚物注浆加固属于柔性加固方式，空心混凝土柱和钢筋属于刚性加固方式，整个加固措施属于刚柔结合的立体抗震加固措施，能够较好的适应坝体变形；采用高聚物注浆后加固区形成一个整体，加固后的堆石类似面板的覆盖层，能够有效地抑制下游堆石的滑动，坝坡在地震荷载作用下的稳定性大大提高。
(3)结构简单，施工方便。合理地采用高聚物注浆和空心混凝土柱加钢筋的刚柔结合的加固方式，结构更趋简单。利用坝体表面外侧的空心混凝土柱内部注射高聚物的注浆方式，操作容易控制，注浆效果更加稳定有效。而且高聚物注浆龄期较短，无需养护。
附图说明
图1是本发明一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构的剖面图
图2是图1中在现浇混凝土块浇筑前的A局部放大图
图3是图1中在现浇混凝土块浇筑后的A局部放大图
图4是图1中空心混凝土柱纵截面A-A剖面图
图5是图1中在空心混凝土柱注浆高聚物前的B局部放大图
图6是图1中在空心混凝土柱注浆高聚物后的B局部放大图
图7是图1中空心混凝土柱的横截面为方形的C-C剖面图
图8是图1中空心混凝土柱的横截面为方形的D-D剖面图
图9是图1中空心混凝土柱的横截面为圆形的C-C剖面图
图10是图1中空心混凝土柱的横截面为三角形的C-C剖面图
其中：1心墙，2堆石，3钢筋，31钢筋的直线端，32钢筋的L端，33现浇混凝土块，4空心混凝土柱，41空心混凝土柱的中孔，42空心混凝土柱的通孔，43高聚物，44金属连接件，7复合加筋件，8混凝土，9堆石孔隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构，包括心墙(1)、堆石(2)、钢筋(3)和混凝土(8)，其特征在于：位于心墙(1)两侧的堆石(2)分层布置，其层间每侧铺设有复合加筋件(7)；所述的复合加筋件(7)包括具有中孔(41)的空心混凝土柱(4)、钢筋(3)、现浇混凝土块(33)和高聚物(43)；所述的空心混凝土柱(4)的一端为开口，另一端为闭口，其开口端伸出堆石(2)体外，其闭口端伸出有一个金属连接件(44)；所述的空心混凝土柱(4)的柱体壁四周具有与中孔(41)相贯通的通孔(42)；在所述的空心混凝土柱(4)的中孔(41)和通孔(42)内以及空心混凝土柱(4)的柱体四周灌注有高聚物(43)；所述的钢筋(3)有一个直线端(31)与空心混凝土柱(4)的闭口端的金属连接件(44)相连，另一端L端(32)与现浇混凝土块(33)相连。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的分层布置的堆石(2)的每层厚度为3m-5m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的复合加筋件(7)在堆石(2)的层间水平铺设，并沿坝体长度方向上平行排列，其间距为3m-5m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的空心混凝土柱(4)的中孔(41)的内径不小于0.03m，其通孔(42)内径为0.01m-0.03m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的通孔(42)中心线与空心混凝土柱(4)的中孔(41)中心线相垂直，并且通孔(42)沿空心混凝土柱(4)长度方向上布置，其间距不小于0.025m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的钢筋(3)的直径不小于0.02m。
本发明的高聚物复合加筋土石坝抗震结构所述的现浇混凝土块(33)的体积不小于0.15m3。
另外，所述的空心混凝土柱(4)的横截面外形也可以是圆形、三角形或其它形状。
一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)土石坝分层填筑，当分层填筑堆石(2)累积厚度达到3m-5m时，水平铺设钢筋(3)和空心混凝土柱(4)，沿坝体长度方向上的平行排列间距为3m-5m，空心混凝土柱(4)的开口端伸出堆石(2)外。
(2)钢筋(3)的直线端(31)与空心混凝土柱(4)闭口端的金属连接件(44)采用焊接方式连接，将钢筋(3)的另一端L端(32)插入堆石(2)中并浇筑混凝土(8)，形成现浇混凝土块(33)。实际操作中，钢筋(3)的L端(32)也可以在现场进行弯折后再插入到堆石(2)中。
(3)继续填筑下一层堆石(2)。
(4)重复(1)-(3)的步骤，直至填筑到坝顶。
(5)通过空心混凝土柱(4)的伸出堆石(2)外的中孔(41)开口端向堆石(2)内部注射高聚物(43)，高聚物(43)在空心混凝土柱(4)内部发生化学反应后体积膨胀，通过通孔(42)渗透到空心混凝土柱(4)四周的堆石(2)体内部的孔隙内。
在现场施工中，采用从下至上、从左向右的方式进行高聚物(7)注浆，一个孔注浆完成后进行另一个孔的注浆，直至所有注浆孔完成注浆。
高聚物注浆加固是柔性加固方式，空心混凝土柱和钢筋是刚性加固方式，整个加固措施属于刚柔结合，充分保证了坝体的立体抗震效果。
Claims (8)
1.一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，包括心墙(1)、堆石(2)、钢筋(3)和混凝土(8)，其特征在于：位于心墙(1)两侧的堆石(2)分层布置，其层间每侧铺设有复合加筋件(7)；所述的复合加筋件(7)包括具有中孔(41)的空心混凝土柱(4)、钢筋(3)、现浇混凝土块(33)和高聚物(43)；所述的空心混凝土柱(4)的一端为开口，另一端为闭口，其开口端伸出堆石(2)体外，其闭口端伸出有一个金属连接件(44)；所述的空心混凝土柱(4)的柱体壁四周具有与中孔(41)相贯通的通孔(42)；在所述的空心混凝土柱(4)的中孔(41)和通孔(42)内以及空心混凝土柱(4)的柱体四周灌注有高聚物(43)；所述的钢筋(3)有一个直线端(31)与空心混凝土柱(4)的闭口端的金属连接件(44)相连，另一端L端(32)与现浇混凝土块(33)相连。
2.根据权利要求1所述的一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，其特征在于：所述的分层布置的堆石(2)的每层厚度为3m-5m。
3.根据权利要求1所述的一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，其特征在于：所述的复合加筋件(7)在堆石(2)的层间水平铺设，并沿坝体长度方向上平行排列，其间距为3m-5m。
4.根据权利要求1所述的一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，其特征在于：所述的空心混凝土柱(4)的中孔(41)的内径不小于0.03m，其通孔(42)内径为0.01m-0.03m。
5.根据权利要求1所述的一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，其特征在于：所述的通孔(42)中心线与空心混凝土柱(4)的中孔(41)中心线相垂直，并且通孔(42)沿空心混凝土柱(4)长度方向上布置，其间距不小于0.025m。
6.根据权利要求1所述的一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，其特征在于：所述的钢筋(3)的直径不小于0.02m。
7.根据权利要求1所述的一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构，其特征在于：所述的现浇混凝土块(33)的体积不小于0.15m3。
8.一种高聚物复合加筋土石坝抗震结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)土石坝分层填筑，当分层填筑堆石(2)累积厚度达到3m-5m时，水平铺设钢筋(3)和空心混凝土柱(4)，沿坝体长度方向上的平行排列间距为3m-5m，空心混凝土柱(4)的开口端伸出堆石(2)外；
(2)钢筋(3)的直线端(31)与空心混凝土柱(4)闭口端的金属连接件(44)采用焊接方式连接，将钢筋(3)的另一端L端(32)插入堆石(2)中并浇筑混凝土(8)，形成现浇混凝土块(33)；
(3)继续填筑下一层堆石(2)；
(4)重复(1)-(3)的步骤，直至填筑到坝顶；
(5)通过空心混凝土柱(4)的伸出堆石(2)外的中孔(41)开口端向堆石(2)内部注射高聚物(43)，高聚物(43)在空心混凝土柱(4)内部发生化学反应后体积膨胀，通过通孔(42)渗透到空心混凝土柱(4)四周的堆石(2)体内部。
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