CN105133548B - 高土石坝坝顶抗震结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高土石坝坝顶抗震结构及其施工方法。该高土石坝坝顶抗震结构，包括设置在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的框格架和护坡网；所述框格架设置在坝体内，包括交叉相连的顺河向扁形片和坝轴向扁形片；所述护坡网设置在坝面上并与框格架相连。该施工方法用于施工上述高土石坝坝顶抗震结构。顺河向扁形片和坝轴向扁形片均为扁形结构，具有较好的防碾压效果，且与堆石料之间的摩擦作用较强；顺河向扁形片和坝轴向扁形片是分别沿河流的流向和高土石坝长度方向设置的，能够抵抗相应方向的地震力，抗震效果较好；框格架可将散粒体堆石料约束为一个整体，护坡网能够保护坝面，框格架和护坡网能够共同作用增强该结构的整体抗震性能。

Description

高土石坝坝顶抗震结构及其施工方法

技术领域

本发明属于水利水电工程领域，具体涉及一种高土石坝坝顶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能源需求的增加，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，是水利水电工程建设广泛采用的一种坝型。然而，西部地区又是我国地震高烈度区，这些大库高坝不可避免地要经受强震作用。已有高土石坝震害表明，坝体在地震中的“鞭鞘效应”，会使坝体顶部堆石体出现松动、滚落，甚至浅层滑动，进而危及大坝的整体抗震安全。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，高土石坝坝顶一般采取铺设土工格栅、钢筋或埋设混凝土梁的抗震措施，但在实际施工过程中发现，土工格栅经重型机械碾压后，会出现格栅节点剥离及栅条断裂破坏等问题，从而导致土工格栅强度大幅损失，且土工格栅的耐久性也难以保证；此外，土工格栅由于网孔尺寸较小，而高土石坝堆石最大粒径可达100cm，因此，大粒径的堆石无法嵌入在土工格栅网孔之中。钢筋由于是圆形构件，其与堆石料间的作用面积小，因此与堆石料间的界面摩擦力小，普通钢筋还存在易锈蚀的问题，在钢筋表面采用沥青抹面的防锈处理措施，经大型振动碾压机械碾压后，沥青会从钢筋上剥离，无法从根本上解决钢筋锈蚀导致抗震能力降低的问题。不管是现浇混凝土抗震梁，还是预制混凝土抗震梁，都存在投资费用大，施工过程复杂，影响工期的问题，且由于重型机械不能直接在梁上碾压，对后续坝体填筑施工的便利性带来不利影响，混凝土抗震梁还无法适应坝体竣工后的不均匀自然沉降和地震作用下的永久变形。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防碾压及抗震性能更好的高土石坝坝顶抗震结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高土石坝坝顶抗震结构，包括设置在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的框格架和护坡网；所述框格架设置在坝体内，包括交叉相连的顺河向扁形片和坝轴向扁形片；所述护坡网设置在坝面上并与框格架相连。

进一步的是，所述框格架沿坝体的高程方向间隔设置两层以上。

进一步的是，每层框格架中的顺河向扁形片至少为两个，并沿着坝轴向扁形片的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片长度方向的一端露出坝面与护坡网相连。

进一步的是，每层框格架中的坝轴向扁形片至少为两个，并沿着顺河向扁形片的长度方向间隔设置。

进一步的是，每层框格架中，相邻的两个顺河向扁形片之间的间距为1～3m，相邻的两个坝轴向扁形片之间的间距为2～5m，且相邻的两个坝轴向扁形片之间的间距大于相邻的两个顺河向扁形片之间的间距。

进一步的是，所述框格架铺设在坝体内的堆石料碾压层的上表面，且相邻的两层框格架之间设置有至少一层堆石料碾压层，每层堆石料碾压层的厚度为80～100cm。

进一步的是，所述顺河向扁形片和坝轴向扁形片均由不锈钢材料制成，所述顺河向扁形片和坝轴向扁形片的宽度均为40～80mm、厚度均为5～20mm；所述顺河向扁形片的最大铺设长度为30m，并不伸入坝体反滤料内；所述护坡网由不锈钢材料制成，组成护坡网的钢片的宽度为100mm、厚度为10mm。

本发明还提供了一种高土石坝坝顶抗震结构的施工方法，用于施工上述的高土石坝坝顶抗震结构，包括以下步骤：

a、分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料到坝体设计高程的3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的某一处；

b、在碾压后的堆石料上铺设顺河向扁形片和坝轴向扁形片，顺河向扁形片和坝轴向扁形片分别沿河流的流向和高土石坝的长度方向设置；将顺河向扁形片和坝轴向扁形片相连，形成框格架；

c、继续分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料，并使堆石料碾压层达到一层以上；

d、重复步骤b和c，直至填筑高度达到高土石坝坝体设计高程；

e、在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的坝面上铺设护坡网，并将护坡网与框格架连接在一起。

进一步的是，步骤a中，分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料到高土石坝坝体设计高程的3/4～4/5坝高处；

步骤b中，每层框格架中的顺河向扁形片至少为两个，并沿着坝轴向扁形片的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片长度方向的一端露出坝面；每层框格架中的坝轴向扁形片至少为两个，并沿着顺河向扁形片的长度方向间隔设置；

步骤c中，每层堆石料碾压层的厚度为80～100cm；

步骤e中，所述护坡网与顺河向扁形片露出坝面的端部连接在一起。

进一步的是，在心墙两侧的上游坝段和下游坝段的坝体内分别设置框格架，并在上游坝段和下游坝段的坝面上分别设置护坡网。

本发明的有益效果是：所述顺河向扁形片和坝轴向扁形片均为扁形结构，不仅具有较好的防碾压效果，而且与堆石料之间的摩擦作用较强；同时，顺河向扁形片和坝轴向扁形片是分别沿河流的流向和高土石坝长度方向设置的，能够抵抗相应方向的地震力，抗震效果较好；而且，交叉设置的顺河向扁形片和坝轴向扁形片形成有网孔，大粒径的堆石料可以嵌固在该网孔之中，与网孔具较强的嵌锁和咬合作用，既具有较好的防碾压性能，又能够通过框格架将散粒体堆石料约束为一个整体，增强高土石坝的抗震整体性能；此外，通过护坡网能够抵抗坝面的地震力，保护坝面并与框格架相连共同作用进一步提高该抗震结构的整体抗震性。

附图说明

图1是本发明中高土石坝坝顶抗震结构的示意图；

图2是图1中A-A线的剖面视图；

图3是护坡网的实施结构示意图；

图中标记为：框格架1、顺河向扁形片11、坝轴向扁形片12、护坡网2、堆石料3、心墙4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

结合图1、图2和图3所示，高土石坝坝顶抗震结构，其特征在于：包括设置在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的框格架1和护坡网2；所述框格架1设置在坝体内，包括交叉相连的顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12；所述顺河向扁形片11沿着河流的流向设置，所述坝轴向扁形片12沿着高土石坝的长度方向设置；所述护坡网2设置在坝面上并与框格架1相连。其中，顺河向扁形片11、坝轴向扁形片12和护坡网2均可采用多种材料制成，通常采用金属材料制成；优选的，顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12均为不锈钢材料制成扁钢片，护坡网2为不锈钢材料制成扁钢网；设置顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12时，使顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12的下表面均与所对应的堆石料3碾压层上表面相贴合；这样设置，不仅能够使得框格架1与堆石料3结合更紧密，而且能最大限度的提高框格架1的防碾压性能。顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12通常以交叉时接触面最大的方式相连在一起，即通过表面接触相连；顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12可通过螺钉、螺栓、销钉、铆钉等固定连接在一起，优选为焊接相连。一般的，框格架1和护坡网2包括分别设置在心墙4两侧的上游坝段和下游坝段的两组。

为了进一步提高该结构的抗震性能，再如图1所示，所述框格架1沿坝体的高程方向间隔设置两层以上；所述框格架1铺设在坝体内的堆石料3碾压层的上表面，且相邻的两层框格架1之间设置有至少一层堆石料3碾压层，每层堆石料3碾压层的厚度为80～100cm。多层间隔设置的框格架1对坝体内堆石料3的约束作用更好，抵抗地震力的能力更强。

在上述基础上，为了提高框格架1的结构强度以增强其抗震性能，再如图2所示，每层框格架1中的顺河向扁形片11至少为两个，并沿着坝轴向扁形片12的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片11长度方向的一端露出坝面与护坡网2相连；每层框格架1中的坝轴向扁形片12至少为两个，并沿着顺河向扁形片11的长度方向间隔设置。优选的，每层框格架1中，相邻的两个顺河向扁形片11之间的间距为1～3m，相邻的两个坝轴向扁形片12之间的间距为2～5m，且相邻的两个坝轴向扁形片12之间的间距大于相邻的两个顺河向扁形片11之间的间距；这样设置，既能够满足框格架1的施工要求，又能够节约工程成本。

具体的，所述顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12的宽度均为40～80mm、厚度均为5～20mm；所述顺河向扁钢条11的最大铺设长度为30m，并以不伸入坝体反滤料为限；组成护坡网2的钢片的宽度为100mm、厚度为10mm。

高土石坝坝顶抗震结构的施工方法，用于施工上述的高土石坝坝顶抗震结构，包括以下步骤：

a、分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料3到坝体设计高程的3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的某一处；优选为，分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料3到高土石坝坝体设计高程的3/4～4/5坝高处；

b、在碾压后的堆石料3上铺设顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12，顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12分别沿河流的流向和高土石坝的长度方向设置；将顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12相连，形成框格架1；通常，每层框格架1中的顺河向扁形片11至少为两个，并沿着坝轴向扁形片12的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片11长度方向的一端露出坝面；每层框格架1中的坝轴向扁形片12至少为两个，并沿着顺河向扁形片11的长度方向间隔设置；

c、继续分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料3，并使堆石料3碾压层达到一层以上；通常使堆石料3碾压层达到三层；每层堆石料3碾压层的厚度优选为80～100cm；

d、重复步骤b和c，直至填筑高度达到高土石坝坝体设计高程；

e、在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的坝面上铺设护坡网2，并将护坡网2与框格架1中顺河向扁形片11露出坝面的端部连接在一起。

优选的，在心墙4两侧的上游坝段和下游坝段的坝体内分别设置框格架1，并在上游坝段和下游坝段的坝面上分别设置护坡网2。

实施例

某心墙堆石坝设计高程H＝300m，上、下游坡比分别为1:2.0和1:1.9，坝顶宽16m；

a、分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料3至坝体设计高程的225～240m处；

b、采用宽50mm×厚6mm的不锈钢片制作顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12；在碾压后的堆石料3上铺设顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12，顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12分别沿河流的流向和高土石坝的长度方向设置；将顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12相连，形成框格架1；其中，每层框格架1中的顺河向扁形片11至少为两个，并沿着坝轴向扁形片12的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片11长度方向的一端露出坝面；每层框格架1中的坝轴向扁形片12至少为两个，并沿着顺河向扁形片11的长度方向间隔设置；连接时，将顺河向扁形片11和坝轴向扁形片12以交叉时接触面最大的方式焊接在一起；顺河向扁形片11的最长铺设长度为30m，以不伸入坝体反滤料内为限，即框格架1仅铺设在上、下游坝体堆石料和过渡料内；

c、继续分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料3，并使堆石料3碾压层达到三层，且每层堆石料3碾压层的厚度为100cm；

d、重复步骤b和c，直至坝体填筑高度达到300m；

e、在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的上、下游坝面上分别铺设护坡网2，并将护坡网2与顺河向扁形片11露出坝面的端部焊接在一起；其中，护坡网2采用宽100mm×厚10mm的不锈钢扁钢条制成。

Claims (7)

1.高土石坝坝顶抗震结构，其特征在于：包括设置在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的框格架(1)和护坡网(2)；所述框格架(1)设置在坝体内，包括交叉相连的顺河向扁形片(11)和坝轴向扁形片(12)；所述护坡网(2)设置在坝面上并与框格架(1)相连；

所述框格架(1)沿坝体的高程方向间隔设置两层以上；每层框格架(1)中的顺河向扁形片(11)至少为两个，并沿着坝轴向扁形片(12)的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片(11)长度方向的一端露出坝面与护坡网(2)相连；每层框格架(1)中的坝轴向扁形片(12)至少为两个，并沿着顺河向扁形片(11)的长度方向间隔设置。

2.如权利要求1所述的高土石坝坝顶抗震结构，其特征在于：每层框格架(1)中，相邻的两个顺河向扁形片(11)之间的间距为1～3m，相邻的两个坝轴向扁形片(12)之间的间距为2～5m，且相邻的两个坝轴向扁形片(12)之间的间距大于相邻的两个顺河向扁形片(11)之间的间距。

3.如权利要求1所述的高土石坝坝顶抗震结构，其特征在于：所述框格架(1)铺设在坝体内的堆石料(3)碾压层的上表面，且相邻的两层框格架(1)之间设置有至少一层堆石料(3)碾压层，每层堆石料(3)碾压层的厚度为80～100cm。

4.如权利要求1至3中任一项所述的高土石坝坝顶抗震结构，其特征在于：所述顺河向扁形片(11)和坝轴向扁形片(12)均由不锈钢材料制成，所述顺河向扁形片(11)和坝轴向扁形片(12)的宽度均为40～80mm、厚度均为5～20mm；所述顺河向扁形片(11)的最大铺设长度为30m，并不伸入坝体反滤料内；所述护坡网(2)由不锈钢材料制成，组成护坡网(2)的钢片的宽度为100mm、厚度为10mm。

5.高土石坝坝顶抗震结构的施工方法，用于施工权利要求1-4中任一项所述的高土石坝坝顶抗震结构，其特征在于包括以下步骤：

a、分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料(3)到坝体设计高程的3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的某一处；

b、在碾压后的堆石料(3)上铺设顺河向扁形片(11)和坝轴向扁形片(12)，顺河向扁形片(11)和坝轴向扁形片(12)分别沿河流的流向和高土石坝的长度方向设置；将顺河向扁形片(11)和坝轴向扁形片(12)相连，形成框格架(1)；

c、继续分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料(3)，并使堆石料(3)碾压层达到一层以上；

d、重复步骤b和c，直至填筑高度达到高土石坝坝体设计高程；

e、在高土石坝3/4～4/5坝高处至坝顶范围内的坝面上铺设护坡网(2)，并将护坡网(2)与框格架(1)连接在一起。

6.如权利要求5所述的高土石坝坝顶抗震结构的施工方法，其特征在于：

步骤a中，分层填筑、碾压高土石坝坝体堆石料(3)到高土石坝坝体设计高程的3/4～4/5坝高处；

步骤b中，每层框格架(1)中的顺河向扁形片(11)至少为两个，并沿着坝轴向扁形片(12)的长度方向间隔设置，且顺河向扁形片(11)长度方向的一端露出坝面；每层框格架(1)中的坝轴向扁形片(12)至少为两个，并沿着顺河向扁形片(11)的长度方向间隔设置；

步骤c中，每层堆石料(3)碾压层的厚度为80～100cm；

步骤e中，所述护坡网(2)与顺河向扁形片(11)露出坝面的端部连接在一起。

7.如权利要求5或6所述的高土石坝坝顶抗震结构的施工方法，其特征在于：在心墙(4)两侧的上游坝段和下游坝段的坝体内分别设置框格架(1)，并在上游坝段和下游坝段的坝面上分别设置护坡网(2)。