CN105442499A - 300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法，其中堆石坝包括多段面板分块以及垫层、过渡层、主堆石区和次堆石区；所述主堆石区和所述次堆石区构成了堆石体；相邻的两块面板分块之间的上层面板、下层面板之间还设置有传力凳；所述传力凳的另一端通过所述拉锚筋水平连接所述堆石坝内预埋的锚锭组件；本发明提供的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法，结构设计合理，可以有效地提升混凝土面板的结构强度、承载能力、抗裂性能，能够有效减少面板的变形。

Description

300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法

技术领域

本发明涉及水利水电设备技术领域，尤其涉及一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承结构，在其上游表面浇筑混凝土面板作为防渗结构的堆石坝，简称面板堆石坝或面板坝。混凝土面板堆石坝其属于土石坝类型。

混凝土面板堆石坝是60年代以后发展起来的。斜墙(或面板)堆石坝防渗体位于堆石体上游，材料有土料、钢筋混凝土、沥青混凝土、木材等。防渗土体可以放在堆石体上游，也可在土斜墙上设置较厚的堆石层。混凝土面板堆石坝主要由堆石体和防渗系统组成，即具体而言，混凝土面板堆石坝一般由如下结构组成：即混凝土面板(或简称面板)、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区组成(如图1所示)。

然而，对于300m级混凝土面板堆石坝而言，由于大坝增高，面板斜长增大，水压力增高，如果沿用常规面板的结构形式，上层面板对下层面板的累积压力将相应增大，这将恶化下层(特别是底层)面板的应力状态，这将对面板材料性能提出更高的要求。其次，大坝增高导致坝体填料变形增大，坝体较大的变形将导致其附着面板的变形相应增大，从而产生面板间的挤压、弯曲、折断、错台、撕裂等变形，再加上水压力荷载共同作用，常规面板坝的下部面板越来越不甚重负。

另外，从国内外已建、在建或拟建的150m～300m级面板坝的面板布置设计可以看出，目前的常规方法均是在主堆石体上游坝面依次铺装“过渡料+垫层料+面板+局部铺盖料”，再辅以面板间的接缝止水设计和址板防渗设计，形成了常规面板坝的整体防渗和挡水结构。常规面板坝均是以堆石体为支承结构，以混凝土面板作为防渗结构。且由于混凝土面板的上、下层面板的累砌方式，下层面板实际上也成为上层面板的支承结构。常规面板坝存在的最大缺点就是上层面板压下层面板的累砌支承方式。在重力作用下，面板沿坝面的重力分量将导致面板的受力状态恶化，且随坝体高度增加，水压力和自重分力增大，面板受力状况堪忧。

综上所述，如何解决300m级面板坝的面板防裂变形是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

目前国内外解决此问题的主要途径有四个方面：

1)高混凝土面板坝堆石体变形控制方法与相关工程措施研究。因为在面板坝设计中，坝体的变形控制是最重要的因素，它会影响到面板的应力和变形，接缝的位移等。而堆石的变形模量主要取决于堆石材料的性质、堆石的级配和施工压实的情况，对于特高坝而言，应使堆石体达到尽可能高的变形模量，以实现其在自重和水荷载作用下仅产生尽可能小的变形。堆石体的变形主要包括瞬时变形和蠕变变形，它们都与坝体的应力状态和应力水平密切相关，即与坝体的高度有着直接的关系。因此，200m级面板坝的设计方法和施工措施不能简单地复制到300m级面板坝上。

2)面板堆石坝接缝系统设计方法与面板应力改善工程措施研究。对于面板堆石坝，其混凝土面板是挡水防渗的主要防线，而面板接缝的止水系统也是大坝防渗的重要组成部分。保证混凝土面板应力的合理分布和接缝系统的安全可靠，是特高混凝土面板坝设计中的重要课题。

3)堆石材料工程特性及面板堆石坝数值分析理论研究。(略)

4)高面板堆石坝堆石填筑施工方法及控制标准研究。(略)

此外，国内已有研究单位开展了多段面板分段支承的研究，但与本文提出的自承式体系截然不同。

本文提出的发明专利就是探索通过合理的分缝措施改善混凝土面板的应力分布，并利用了已获实用新型专利的《混凝土面板堆石坝接缝表层的盖板连接结构》的新型止水材料来改进常规的面板接缝止水系统。

本发明的目的在于提供一种300m级面板堆石坝的自承式面板结构体系及安装方法，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种300m级面板堆石坝的自承式面板结构体系，包括多段面板分块以及垫层、过渡层、主堆石区和次堆石区；所述主堆石区和所述次堆石区构成了堆石体；

在相邻的任意两块面板分块结构中：上层面板(即上层混凝土面板)、下层面板(即下层混凝土面板)；相邻的两块上层、下层面板之间还设置有传力凳11；

所述传力凳11的一端作为相邻上层面板与下层面板的面板支承支座，且用于将所述上层面板、所述下层面板隔开；所述传力凳的另一端通过所述拉锚筋12水平连接所述堆石坝内预埋的锚锭组件13；所述传力凳用于将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过所述传力凳转换传力方向，并经过堆石坝内预埋的所述拉锚筋12、所述锚锭组件13将面板自重分力逐层传递到堆石坝体中。

优选的，作为一种可实施方案；每个所述传力凳11具体包括垫板支座110、挡板111、挡板肋条112、抗震防滑齿槽113、锚拉孔114、锚拉后张锚头115；

其中，所述挡板111垂直设置在所述垫板支座110的中间位置；所述锚拉孔114贯穿穿过所述垫板支座110；所述拉锚筋12的一端穿过所述锚拉孔114，且通过所述锚拉后张锚头115固定连接在所述传力凳11上，所述拉锚筋12的另一端固定连接在所述锚锭组件13上；所述挡板111的顶面上安装设置有所述挡板肋条112和所述抗震防滑齿槽113。

优选的，作为一种可实施方案；每个所述传力凳11上均还设置有四个拉锚头螺栓；所述拉锚头螺栓用于调节所述传力凳张力的松紧。

优选的，作为一种可实施方案；所述传力凳11结构中的所述垫板支座110整体呈三角形形状，需要说明的是，垫板支座斜面与水平面的夹角必须与上游坝面与水平面的夹角相同。

优选的，作为一种可实施方案；所述垫板支座110的底部两侧面上还设置有多个防滑五面锥116；多个防滑五面锥116均匀设置在所述垫板支座的底部两侧面上。

优选的，作为一种可实施方案；在上层面板、下层面板的面板间的水平纵缝、竖直张性缝或压性缝中充填设置有适应变形的复合填料层，且缝面上涂覆设置有单组份聚料止水层117；在上层面板、下层面板的面板间的缝隙内还设置有止水填料层118。

优选的，作为一种可实施方案；所述锚锭组件13具体包括土工格栅130、拉锚梁131、拉锚底座132、拉锚护套133以及锚具134；所述土工格栅130的一部分水平铺设位于所述拉锚筋12的底部，所述土工格栅130的另一部分围绕所述传力凳11的底部铺设延伸；所述拉锚底座132与所述拉锚护套133构成用于夹持固定所述拉锚筋的夹具；所述拉锚梁131固定连接在所述夹具内，所述锚具134用于固定所述拉锚筋在所述夹具的拉锚梁内。

优选的，作为一种可实施方案；所述锚锭组件13还包括多个拉锚筋定位卡135；所述拉锚筋定位卡135用于竖直嵌入堆石体，卡住所述拉锚筋12，保持其平面布置始终与上游坝面垂直，并对所述拉锚筋12进行限位，但不固定；

优选的，作为一种可实施方案；多个所述拉锚筋定位卡135均匀间隔排列卡在所述拉锚筋上。

相应地，本发明还提供了一种300m级面板堆石坝的自承式面板体系的安装方法，包括如下步骤：

首先，进行堆石体的主堆石区和次堆石区的逐层碾压施工，并将拉锚筋和锚锭组件在指定位置和指定高程进行预埋；

随后进行过渡层、垫层施工，并将锚锭组件进行预埋，传力凳安装，锚具预紧调平操作，同时进行面板坝施工的其他常规工序操作；

然后自下而上进行多段面板分块浇筑的施工操作；

在其中的锚锭组件进行预埋的施工操作中还包括如下步骤：

在面板水平分缝的相应高程，加上该高程计算得出的坝体预沉降量，确定复合土工格栅铺设的高程位置；随后铺设一层复合土工格栅，并在其上布设拉锚筋和锚锭组件，拉锚筋通常应穿过垫层和过渡层进入主堆石区，进入主堆石区的埋设深度可通过数值计算确定，并按面板宽度分组编号，且锚头沿坝轴线方向错开布置；即拉锚筋则是在主堆石区、过渡层、垫层分层填筑达到预定高程时预埋；

在其中的传力凳的施工操作中还包括如下步骤：

传力凳是在垫层施工完成后掏槽安装；

多个传力凳在预定面板水平分缝高程沿坝轴线方向以模块化单元布置，按面板宽度分组排列而成一排传力凳，每个传力凳之间相互独立排列；

在面板分块的混凝土面板凝结前，每个传力凳都是相互独立并由拉锚头螺栓来调节传力凳张力的松紧，混凝土面板浇筑后才由混凝土面板将传力凳粘接成一整体；

在其中多段面板分块的施工操作还包括如下步骤；

在上层面板、下层面板的面板间的水平纵缝、竖直张性缝或压性缝中充填设置有适应变形复合填料层，且缝面上涂覆设置有单组份聚料止水层；在上层面板、下层面板的面板间的缝隙内还设置有止水填料层。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明提供的一种300m级面板堆石坝的自承式面板结构体系及安装方法，上述300m级面板堆石坝其主要由包括多段面板分块以及垫层、过渡层、主堆石区和次堆石区等结构组成；所述主堆石区和所述次堆石区构成了堆石体；

自承式面板结构体系包括在相邻的任意两块面板分块结构中：上层面板(即上层混凝土面板)、下层面板(即下层混凝土面板)；相邻的两块上层、下层面板之间还设置有传力凳11；

所述传力凳11的一端作为相邻上层面板与下层面板的面板支承支座，且用于将所述上层面板、所述下层面板隔开；所述传力凳的另一端通过所述拉锚筋12水平连接所述堆石坝内预埋的锚锭组件13；所述传力凳用于将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过所述传力凳转换传力方向，并经过堆石坝内预埋的所述拉锚筋12、所述锚锭组件13将面板自重分力逐层传递到堆石坝体中。

很显然，本发明300m级面板堆石坝的自承式面板结构体系及安装方法，总的来说，具有如下方面的诸多技术效果：

第一、经过在上层面板、下层面板间引入自承式面板结构体系——传力凳，将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过该层下端的传力凳转换传力方向，经在坝体内预埋的拉锚体将面板平行于上游坝面的自重分量逐层传到堆石坝体中；

需要说明的是，上述传力凳结构仅适用于250m以上的面板坝，对于坝高250m及其以下的面板坝已有成功施工经验则无此必要。传力凳结构体系改变了传统面板的传力路径，将累砌方式改变成了自承方式，确保各层面板相互独立，上下层之间面板被水平纵缝完全隔开，从而改善了面板的受力状态(同时还有效避免了底部面板受周边面板的侧向挤压)；

第二、通过传力凳结构水平分隔了上层面板、下层面板的相互作用，从而提高了面板适应坝体填筑料变形的性能，每块面板的下边缘被传力凳挡板顶住，限制了面板的下端位移，而面板的上边缘则是相对自由的，面板自身的变形可得到调整，应力得到释放，使在水压力和重力共同作用下的面板受力更接近弹性地基上单向板的受力状态，可有效消纳坝体多方向沉降变形在面板上产生的累积效应，有效防止面板的侧向挤压破坏或裂缝的产生；

第三、由于面板竖向长度减短，沿面板方向的重力分量被传力凳合理分担后转向传至各层坝体，加上传力凳挡板的齿状构造能有效防止面板在地震荷载作用下脱出，有效避免了因面板之间过大的压应力导致面板位移增大或止水失效，面板抵御强震的性能得到增强；

第四、在面板水平分缝的相应高程，加上该高程计算得出的坝体预沉降量，铺设一层复合土工格栅，并在其上布设拉锚筋和锚锭组件，拉锚筋应穿过垫层料和过渡料进入主堆石区，进入主堆石区的埋设深度d可通过数值计算确定，并按面板宽度分组编号，且锚头沿坝轴线方向错开布置。该复合土工格栅对邻近的堆石体具有局部侧向嵌锁效应，它们对于坝体堆石的水平变形(上下游方向或横河向)具有局部的限制作用，如果预埋的格栅层数适当加密，则上述限制作用将得到增强(如高土方路基)，尽管由此费用会有所增加，但其限制变形的作用对堆石高坝却是值得的；

第五、面板间采用单组份聚料作为面板间止水材料，改进了常规的止水设计、简化了止水施工工艺、改善了止水效果；特别是发挥了止水材料与水工混凝土之间优异的粘结性能和适应变形能力，工程试验证明：该材料与混凝土表面的粘结强度已经超过了混凝土自身的抗拉强度(如梨园面板坝所采用的止水材料)。该材料的优异性能为面板坝的止水设计、施工、渗控提供了更为广阔的空间。

第六、在预定水平分缝高程沿坝轴线方向布置以模块化单元按面板宽度分组排列而成的一排传力凳，每个传力凳之间相互独立排列，并无连接且预留3cm间隙，这一设计可充分适应面板浇筑前的坝体工后沉降变形或协调安装工差。因此，在面板混凝土凝结前，每个传力凳都是相互独立并由拉锚头螺栓来调节传力凳张力的松紧或安装位置，面板浇筑后才由面板混凝土将单个传力凳粘接成一整体档板和支座。

综上所述，本发明实施例提供的一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法，结构设计合理，可以有效地提升面板堆石坝的结构强度、承载能力、抗裂性能，能够有效减少坝体变形，改善了面板受力情况，减少了发生水坝开裂的风险，同时保证了面板堆石坝连续长时间使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的混凝土面板堆石坝的大坝横剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝的大坝横剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝中局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝中的传力凳的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝的传力凳、拉锚筋以及锚锭组件的总装配结构示意图；

图6为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝的传力凳与拉锚筋的局部装配结构示意图；

图7为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝的拉锚筋与锚锭组件的局部装配结构示意图；

图8为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝的锚锭组件的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝的锚锭组件处于张开状态与闭合状态的对比结构示意图；

图10为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝中的拉锚筋定位卡主视结构示意图；

图11为本发明实施例提供的300m级面板堆石坝中的拉锚筋定位卡侧视结构示意图；

附图标记说明：

传力凳11；垫板支座110；挡板111；挡板肋条112；抗震防滑齿槽113；锚拉孔114；锚拉后张锚头115；防滑五面锥116；单组份聚料止水层117；有止水填料层118；

拉锚筋12；

锚锭组件13；土工格栅130；拉锚梁131；拉锚底座132；拉锚护套133；锚具134；拉锚筋定位卡135。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见图2，本发明实施例提供的一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，包括多段面板分块以及垫层、过渡层、主堆石区和次堆石区；所述主堆石区和所述次堆石区构成了堆石体；

在示意图2中，相邻的任意两块面板分块结构中：上层面板(即上层混凝土面板)、下层面板(即下层混凝土面板)；相邻的两块上层、下层面板之间还设置有传力凳11；

所述传力凳11的一端作为相邻上层面板与下层面板的面板支承支座，且用于将所述上层面板、所述下层面板隔开；所述传力凳的另一端通过所述拉锚筋12水平连接所述堆石坝内预埋的锚锭组件13；所述传力凳用于将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过所述传力凳转换传力方向，并经过堆石坝内预埋的所述拉锚筋12、所述锚锭组件13将平行于上游坝面的面板自重分力逐层传递到堆石坝体中。

需要说明的是，在我司发明的上述300m级面板堆石坝自承式面板结构体系中，面板堆石坝包括多段面板分块以及垫层、过渡层、主堆石区和次堆石区，自承式面板结构体系还包括传力凳、拉锚筋、锚锭组件等结构组成；所述主堆石区和所述次堆石区构成了堆石体；

经过在上层面板、下层面板间引入自承式面板结构体系——传力凳，将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过该层下端的传力凳转换传力方向，经在坝体内预埋的拉锚体将面板平行于上游坝面的自重分量逐层传到堆石坝体中；

上述传力凳结构仅适用于250m以上的面板坝，对于坝高250m及其以下的面板坝已有成功施工经验则无此必要。传力凳结构体系改变了传统面板的传力路径，将累砌方式改变成了自承方式，确保各层面板相互独立，上下层之间面板被水平纵缝完全隔开，从而改善了面板的受力状态(同时还有效避免了底部面板受周边面板的侧向挤压)；

下面对本发明实施例提供的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法的具体结构和具体技术效果做一下详细说明：

在传力凳的具体结构中：

如图4所示，同时另参见图5以及图6，每个所述传力凳11具体包括垫板支座110、挡板111、挡板肋条112、抗震防滑齿槽113、锚拉孔114、锚拉后张锚头115；

其中，所述挡板111垂直设置在所述垫板支座110的中间位置；所述锚拉孔114贯穿穿过所述垫板支座110；所述拉锚筋12的一端穿过所述锚拉孔114，且通过所述拉锚后张锚头115固定连接在所述传力凳11上，所述拉锚筋12的另一端固定连接在所述锚锭组件13上；所述挡板111的顶面上安装设置有所述挡板肋条112和所述抗震防滑齿槽113。

优选的，作为一种可实施方案；每个所述传力凳11上均还设置有四个拉锚头螺栓；所述拉锚头螺栓用于调节所述传力凳张力的松紧。

优选的，作为一种可实施方案；所述传力凳11结构中的所述垫板支座110整体呈三角形形状，需要说明的是，垫板支座斜面与水平面的夹角必须与上游坝面与水平面的夹角相同。

优选的，作为一种可实施方案；所述垫板支座110的底部两侧面上还设置有多个防滑五面锥116；多个防滑五面锥116均匀设置在所述垫板支座的底部两侧面上。

需要说明的是，防滑五面锥能方便传力凳的安装定位并增大传力凳与垫层料的摩擦力。挡板上设置了抗震防滑齿槽，使面板在地震震荡中不易滑出。锚锭采用底座与护套形成夹具，并确保锚固结构在坝体填筑碾压中不被破坏；护套顶面采用斜面以增大锚锭与填筑体的摩擦阻力。

优选的，作为一种可实施方案；在上层面板、下层面板的面板间的水平纵缝、竖直张性缝或压性缝中充填设置有适应变形复合填料层，且缝面上涂覆设置有单组份聚料止水层117；在上层面板、下层面板的面板间的缝隙内还设置有止水填料层118。

需要说明的是，混凝土面板坝通过设有止水的周边缝、张性缝、压性缝将防浪墙与面板、面板与面板、面板与趾板及经过灌浆处理的稳定基岩连成整体，形成一道完整的防渗体系。

分析上述的传力凳结构可知：

需要说明的是，首先，通过在上层面板、下层面板间引入自承式面板结构体系—传力凳，将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过该层下端的传力凳转换传力方向，经在坝体内预埋的拉锚体将面板平行于上游坝面的自重分量传逐层到堆石坝体中。如图4所示意的传力凳结构示意图；

其次，上层面板、下层面板用水平缝完全断开。面板分块遵循弹性地基上的单向板分块规则进行，面板上下两端简化为柔性铰支。面板左右竖向分缝仍按常规的张性缝或压性缝或周边缝设计。传力凳作为面板支承支座，通过传力挡板形成的水平纵缝将上下层面板完全隔开，这就极大简化了各层面板的受力状态，如图5所示。

第三，每米单宽传力凳主动缩短尺寸3cm来调整、吸纳沿坝轴线方向的工后沉降变形和传力凳的安装误差。由于堆石坝体的沉降变形稳定通常需要一段时间，以及上下层面板浇筑时间间隔等，面板浇筑前坝体沉降值理应接近预期的沉降值，但实际上坝体沉降并未全部收敛。

第四，本发明专利在面板间的水平纵缝、竖向张性或压性缝中充填变形性能适中的复合材料，留足适应坝体变形的缝宽，缝面上涂覆单组份聚料止水。该材料与混凝土表面的粘接性能优异，其自身变形性能、抗老化性能也很优异，既能适应板块间的变形位移，又能有效封闭板块间的渗水通道。周边缝也能采用该止水材料。

第五，传力凳是在垫层料施工完成后掏槽安装，其拉锚具则是在主堆石体～过渡料～垫层料分层填筑达到预定高程时预埋，且在坝轴线方向是以模块化单元按面板宽度分组拼接而成的，能充分适应坝体工后沉降变形和安装误差。同时，垫层料坡面保护可采用乳化沥青或翻模砂浆，不宜采用挤压边墙护坡技术。图7水平缝止水设计示意如下：

第六，本发明专利从拉锚具预埋，传力凳安装，锚具预紧调平等工序均与常规面板坝施工工序相适应，无交叉施工干扰，也未加大施工难度。安装时机的选择可以随坝体填筑高度逐段上升，也可以待坝体填筑完毕沉降趋于稳定后安装，取决于面板施工时段的总体安排，当然选择后者预期效果会更好。

第七、传力凳选择三角形组合结构主要取决于三角形自身的受力稳定性和边坡上施工的安定性——两条短边形成的三角锥尤如锚头镶嵌在垫层料中，受力均匀且对边坡扰动最小。需要说明的是，垫板支座斜面与水平面的夹角必须与上游坝面与水平面的夹角相同。

在锚锭组件的具体结构中：

如图5、图7所示意的锚锭结构，所述锚锭组件13具体包括土工格栅130、拉锚梁131、拉锚底座132、拉锚护套133以及锚具134；所述土工格栅130的一部分水平铺设位于所述拉锚筋12的底部，所述土工格栅130的另一部分围绕所述传力凳11的底部铺设延伸；所述拉锚底座132与所述拉锚护套133构成用于夹持固定所述拉锚筋的夹具；所述拉锚梁131固定连接在所述夹具内，所述锚具134用于固定所述拉锚筋在所述夹具的拉锚梁内(另参见图8和图9)。

分析上述锚锭结构可知：

需要说明的是，由于上述拉锚底座132与拉锚护套133构成的夹具以及拉锚梁131，起到的作用是对拉锚筋的一端进行限位固定；拉锚筋的另一端则通过锚头进行固定；因此拉锚筋可以将传力凳传递的力，最终传递到堆石坝体内，同时拉锚筋的拉拽力可以对传力凳以及混凝土面板实施进一步的稳固固定；上述垫片为金属垫片，其可以避免钢压板发生硬变形。

优选的，作为一种可实施方案；所述锚锭组件13还包括多个拉锚筋定位卡135；所述拉锚筋定位卡135用于竖直嵌入堆石体，卡住所述拉锚筋12，保持其平面布置始终与上游坝面垂直，并对所述拉锚筋12进行限位，但不固定(另参见图10以及图11)；

优选的，作为一种可实施方案；多个所述拉锚筋定位卡135均匀间隔排列卡在所述拉锚筋上。

需要说明的是，土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和聚酯经编涤纶土工格栅四大类。

本发明实施例则采用的是复合土工格栅。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔，然后在加热条件下施行定向拉伸。由于复合土工格栅在制造中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向，加强了分子链间的联结力，达到了提高其强度的目的。其延伸率只有原板材的10％～15％。如果在土工格栅中加入炭黑等抗老化材料，可使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。

相应地，本发明还提供了一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系的安装方法，包括如下步骤：

首先，进行堆石体的主堆石区和次堆石区逐层碾压施工；并将拉锚筋和锚锭组件进行预埋；

随后进行过渡层、垫层施工，并将拉锚筋进行预埋，传力凳安装，锚具预紧调平操作，同时进行面板坝施工的其他常规工序操作；

然后进行自下而上的各层面板分块浇筑的施工操作；

在其中的锚锭组件进行预埋的施工操作中还包括如下步骤：

在面板水平分缝的相应高程，加上该高程计算得出的坝体预沉降量，确定复合土工格栅铺设的高程位置；随后铺设一层复合土工格栅，并在其上布设拉锚筋和锚锭组件，拉锚筋通常应穿过垫层和过渡层进入主堆石区，进入主堆石区的埋设深度d可通过数值计算确定，并按面板宽度分组编号，且锚头沿坝轴线方向错开布置；即拉锚筋则是在主堆石区、过渡层、垫层分层填筑达到预定高程时预埋；在其中的传力凳的施工操作中还包括如下步骤：

传力凳是在垫层施工完成后掏槽安装；

多个传力凳在预定面板水平分缝高程沿坝轴线方向以模块化单元布置，按面板宽度分组排列而成一排传力凳，每个传力凳之间相互独立排列；

在面板分块的混凝土面板凝结前，每个传力凳都是相互独立并由拉锚头螺栓来调节传力凳张力的松紧，混凝土面板浇筑后才由混凝土面板将传力凳粘接成一整体；

在其中多段面板分块的施工操作还包括如下步骤；

在上层面板、下层面板的面板间的水平纵缝、竖直张性缝或压性缝中充填设置有适应变形复合填料层，且缝面上涂覆设置有单组份聚料止水层；在上层面板、下层面板的面板间的缝隙内还设置有止水填料层。

关于本发明实施例提供的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法说明：

1、本发明实施例提供的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，承受上层面板以及下层面板以及水压载荷的性能更好，稳定性好；坝体具有良好的抗震性能，地震变形小，不因地震而产生孔隙水压力；施工时方便，且互不交叉，不影响施工进度。坝体施工过程中：根据堆石体各部分的工作特性，分别对材料的性质、最大粒径、颗粒级配、压实密实度、变形模量、透水性以及施工工艺提出不同的要求，以充分利用材料性能，方便施工。

2、本发明实施例首次提出了300m级面板坝自承式面板结构体系的概念。提出在钢筋混凝土面板的布置设计中，将面板沿上游坝面方向的重力分量通过自承式结构体系——传力凳结构将其转向并分散在坝体堆石之中。从而使各层面板在上游坝面方向不再累砌对接，在结构设计中让各层面板真正回归到“柔性铰支+弹性地基单向板”的结构形式，极大地改善了面板的受力状态，使面板的抗压、防裂、适应坝体变形性能增强。

3、本发明提供了面板自承式结构体系。该体系由在坝体中预埋的复合土工格栅、锚锭组件、拉锚筋、传力凳、挡板、缝间填料和聚料止水等组成。其主要功能是将面板平行于上游坝面的重力分量转向并分散在坝体堆石之中，实现各层面板的自重由坝体自承。从而可减轻面板在坝体变形的影响下出现相互挤压、错台、折断、裂缝、破损等。

4、自承式结构体系的核心在于锚锭组件、拉锚筋、传力凳和挡板等创新设计，以及相关的止水施工工艺和施工程序。其中传力凳和挡板形成的水平纵缝按高程把面板分成相互独立的条带，克服了累砌式上下面板间压力和变形的累积传递效应。其余施工方法均为水电施工中成熟的施工技术。

5、传力凳沿坝轴线方向采用以模块化单元按面板宽度分组排列而成，每个传力凳之间相互独立；相当于将大坝面板的水平纵向支承离散化为单宽组合单元，这一设计可充分适应面板浇筑前的坝体工后沉降变形或协调安装工差。自承式面板结构体系主体内容包括：传力凳结构+拉锚筋+锚锭结构；

综上所述，本发明实施例提供的一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系及安装方法，结构设计合理，可以有效地提升面板堆石坝的结构强度、承载能力、抗裂性能，改善了面板受力状况，降低了发生水坝开裂的风险，同时保证了面板堆石坝连续长时间使用安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，包括多段面板分块以及垫层、过渡层、主堆石区和次堆石区；所述主堆石区和所述次堆石区构成了堆石体；

在相邻的任意两块面板分块结构中：上层面板、下层面板；相邻的两块上层面板、下层面板之间还设置有传力凳(11)；

所述传力凳(11)的一端作为相邻上层面板与下层面板的面板支承支座，且用于将所述上层面板、所述下层面板隔开；所述传力凳的另一端通过所述拉锚筋(12)水平连接所述堆石坝内预埋的锚锭组件(13)；所述传力凳用于将各层面板平行于上游坝面的自重分力通过所述传力凳转换传力方向，并经过堆石坝内预埋的所述拉锚筋(12)、所述锚锭组件(13)将面板自重分力逐层传递到堆石坝体中。

2.如权利要求1所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

每个所述传力凳(11)具体包括垫板支座(110)、挡板(111)、挡板肋条(112)、抗震防滑齿槽(113)、锚拉孔(114)、锚拉后张锚头(115)；

其中，所述挡板(111)垂直设置在所述垫板支座(110)的中间位置；所述锚拉孔(114)贯穿穿过所述垫板支座(110)；所述拉锚筋(12)的一端穿过所述锚拉孔(114)，且通过所述锚拉后张锚头(115)固定连接在所述传力凳(11)上，所述拉锚筋(12)的另一端固定连接在所述锚锭组件(13)上；所述挡板(111)的顶面上安装设置有所述挡板肋条(112)和所述抗震防滑齿槽(113)。

3.如权利要求2所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

每个所述传力凳(11)上均还设置有四个拉锚头螺栓；所述拉锚头螺栓用于调节所述传力凳张力的松紧。

4.如权利要求3所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

所述传力凳(11)结构中的所述垫板支座(110)整体呈三角形形状。

5.如权利要求4所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

所述垫板支座(110)的底部两侧面上还设置有多个防滑五面锥(116)；多个防滑五面锥(116)均匀设置在所述垫板支座的底部两侧面上。

6.如权利要求5所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

在上层面板、下层面板的面板间的水平纵缝、竖直张性缝或压性缝中充填设置有适应变形的复合填料层，且缝面上涂覆设置有单组份聚料止水层(117)；在上层面板、下层面板的面板间的相邻缝内还设置有止水填料(118)。

7.如权利要求6所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

所述锚锭组件(13)具体包括土工格栅(130)、拉锚梁(131)、拉锚底座(132)、拉锚护套(133)以及锚具(134)；所述土工格栅(130)的一部分水平铺设位于所述拉锚筋(12)的底部，所述土工格栅(130)的另一部分围绕所述传力凳(11)的底部铺设延伸；所述拉锚底座(132)与所述拉锚护套(133)构成用于夹持固定所述拉锚筋的夹具；所述拉锚梁(131)固定连接在所述夹具内，所述锚具(134)用于固定所述拉锚筋在所述夹具的拉锚梁内。

8.如权利要求7所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

所述锚锭组件(13)还包括多个拉锚筋定位卡(135)；所述拉锚筋定位卡(135)用于竖直嵌入堆石体，卡住所述拉锚筋(12)，并对所述拉锚筋(12)进行限位。

9.如权利要求8所述的300m级面板堆石坝自承式面板结构体系，其特征在于，

多个所述拉锚筋定位卡(135)均匀间隔排列卡在所述拉锚筋上。

10.一种300m级面板堆石坝自承式面板结构体系的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，进行堆石体的主堆石区和次堆石区的逐层碾压施工，并将拉锚筋和锚锭组件在指定位置和指定高程进行预埋；

随后进行过渡层、垫层施工，并将锚锭组件进行预埋，传力凳安装，锚具预紧调平操作，同时进行面板坝施工的其他常规工序操作；

然后自下而上进行多段面板分块浇筑的施工操作；

在其中的锚锭组件进行预埋的施工操作中还包括如下步骤：

在面板水平分缝的相应高程，加上该高程计算得出的坝体预沉降量，确定复合土工格栅铺设的高程位置；随后铺设一层复合土工格栅，并在其上布设拉锚筋和锚锭组件，拉锚筋通常应穿过垫层和过渡层进入主堆石区，进入主堆石区的埋设深度可通过数值计算确定，并按面板宽度分组编号，且锚头沿坝轴线方向错开布置；即拉锚筋则是在主堆石区、过渡层、垫层分层填筑达到预定高程时预埋；

在其中的传力凳的施工操作中还包括如下步骤：

传力凳是在垫层施工完成后掏槽安装；

多个传力凳在预定面板水平分缝高程沿坝轴线方向以模块化单元布置，按面板宽度分组排列而成一排传力凳，每个传力凳之间相互独立排列；

在面板分块的混凝土面板凝结前，每个传力凳都是相互独立并由拉锚头螺栓来调节传力凳张力的松紧，混凝土面板浇筑后才由混凝土面板将传力凳粘接成一整体；

在其中多段面板分块的施工操作还包括如下步骤；

在上层面板、下层面板的面板间的水平纵缝、竖直张性缝或压性缝中充填设置有适应变形复合填料层，且缝面上涂覆设置有单组份聚料止水层；在上层面板、下层面板的面板间的缝隙内还设置有止水填料层。