CN107447731A - 一种混合坝及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合坝及其施工方法，属于水利工程技术领域。混合坝包括坝体和堆石压重，坝体包括上、下游钢筋混凝土坝身、堆体坝身、挡墙和锚索连接段；上、下游钢筋混凝土坝身之间设有多个彼此间隔设置的挡墙，每个挡墙的两端分别与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身连接；在由上、下游钢筋混凝土坝身以及相邻两个挡墙围成的空间内设置有堆体坝身，堆体坝身为堆石体坝身或堆土体坝身；锚索连接段埋设在挡墙内并且锚索连接段的两端分别与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身连接。本发明既具有堆石坝和混凝土坝两者的优点，又能够克服堆石坝和混凝土坝各自的缺点，结构简单，施工方便，便于检修。

Description

一种混合坝及其施工方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种混合坝及其施工方法。

背景技术

目前，水利工程中常用的坝型有土石坝(土坝和堆石坝)和混凝土坝(混凝土重力坝和拱坝)。

土石坝是历史最为悠久的一种坝型。由于土石坝一般建在偏远地区，土石坝的优点在于可以充分利用当地的天然材料，节省钢材、水泥等，避免建坝过程中的长途运输，对地形和地质条件适应性强，施工方便，抗震性能好且便于检修。土石坝包括：心墙堆石坝和面板堆石坝。心墙堆石坝因不均匀沉降容易产生拱效应，在循环水压下易产生心墙裂缝及水力劈裂，从而导致坝体渗透破坏；在强震作用下的坝体易产生较大的永久位移或液化而导致坝体失稳；同时心墙堆石坝上下游坡比要求比较缓，因此坝体的体积较大，土石方开挖量和坝体筑坝方量都很大。面板堆石坝对面板和坝坡的协调变形要求较高，抵抗不均匀沉降的能力差，对坝体变形和筑坝材料也要求较高，面板在高压或强震作用下易产生裂缝而导致渗漏破坏。土石坝一般不可溢流。

混凝土坝则质量安全可靠，防渗性能好，但对地形和地质条件适应力差，一般需要建立在完整的基岩上，且对温度敏感，对混凝土需求量较大，在偏远山区会造成材料运输困难，破坏后不易修复。同时，混凝土重力坝剖面尺寸大，需要大量的混凝土，在现浇时需要采取严格的温度控制措施，易因大量现浇混凝土温度差异而导致坝体出现裂缝而产生渗漏。而拱坝对坝肩的力学稳定和变形要求较高，且抗震能力差，修复较难，对地形和地质条件依赖性强。

发明内容

为了解决现有坝型存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种混合坝，其既具有堆石坝和混凝土坝两者的优点，又能够克服堆石坝和混凝土坝各自的缺点，结构简单，施工方便，便于检修。

本发发明的另一个目的在于提供一种混合坝的施工方法，其方法简单，施工成本低，得到的混合坝适应性强，经济实用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种混合坝，包括坝体，坝体包括上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身、堆体坝身、挡墙和锚索连接段；上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间设有多个彼此间隔设置的挡墙，并且每个挡墙的两端分别与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身连接；在由上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身以及相邻两个挡墙围成的空间内设置有堆体坝身，其中，堆体坝身为堆石体坝身或堆土体坝身；锚索连接段埋设在挡墙内并且锚索连接段的两端分别与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身连接。

本发明通过锚索连接段将设置在堆体坝身两侧的上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身连接，形成了钢筋混凝土-锚索-堆石/土的混合坝结构，通过锚索的连接，加强了上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间连接的稳固性以及坝身强度。同时，在上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间还设有多个彼此间隔设置的挡墙，该挡墙将原本为一个整体的堆体坝身划分成多段，既提高了坝身的强度，使得堆体坝身受力更加分散、均匀，又减少了堆石或堆土的使用量，节约了成本，而且，设置挡墙还方便对挡墙内锚索的检修与更换。

本发明的钢筋混凝土-锚索-堆石/土的混合坝，其上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身、锚索连接段以及挡墙相互之间彼此作用，形成一个有机整体，提高了整个混合坝的力学性能，并且结合了堆石坝和混凝土坝两种坝型的优点，并且也克服了两种坝型的缺点，结构简单、品质高、经济实用。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述挡墙包括两个彼此平行的钢筋混凝土墙体以及多个间隔设置在两个钢筋混凝土墙体之间的墙体横向支撑，每个墙体横向支撑的两端分别与两个钢筋混凝土墙体连接。

本发明挡墙主体为钢筋混凝土墙体，其强度高、稳定性好，并且本发明的挡墙不是一整块实心的墙体，而是由两个平行设置的钢筋混凝土墙体构成的，减少了钢筋混凝土的使用量，节约了成本，并且通过在两个钢筋混凝土墙体之间设置墙体横向支撑，可以保证挡墙应有的强度和稳定性，同时，两个钢筋混凝土墙体之间形成的空隙也十分有利于锚索连接段的设置，使得施工更加方便、简单，降低了工程难度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述钢筋混凝土墙体的两端分别与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身连接，并且连接处的接触面呈楔形。

通过楔形设计，可以增加钢筋混凝土墙体与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间的接触面积，提高钢筋混凝土墙体与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身的连接稳固性。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述锚索连接段设置在两个钢筋混凝土墙体之间，并且多个锚索连接段在沿坝体的高度方向上呈分层或交叉设置。

多个锚索连接段通过分层设置或交叉设置的方式进一步提高了上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间的连接稳固性。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述混合坝体还包括柔性连接层，柔性连接层分别设置在钢筋混凝土墙体与上游钢筋混凝土坝身之间以及钢筋混凝土墙体与下游钢筋混凝土坝身之间。

本发明通过设置柔性连接层，能够允许钢筋混凝土墙体与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间产生一定的相对位移，使之具有更强的适应变形能力，同时又能够保证钢筋混凝土墙体与上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身之间分别具有一定的连接强度。本发明所指的柔性连接层的材质优选为沥青。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述混合坝还包括过渡层，过渡层包围在堆体坝身的外侧，并且过渡层与堆体坝身连接。

本发明的过渡层的主要作用是将堆体坝身中大块石料过渡到垫层所用的细石料，防止大块石料刺入垫层而与钢筋混凝土坝身或挡墙接触因应力集中而破坏。本发明的过渡层优选为由质地坚硬、密实、耐风化、不含水溶盐且无凝聚性的级配良好的碎石、砂砾等材料组成，过渡层中颗粒的最大粒径小于200mm，且满足渗透性要求。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述混合坝还包括垫层，垫层包围在过渡层的外侧，并且垫层的内侧与过渡层连接，垫层的外侧分别与上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身和挡墙连接。

本发明的垫层具有较高的变形模量和良好的压实性，能够使荷载均匀地传递到上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身或挡墙，防止因应力集中造成上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身或挡墙破坏。本发明的垫层是由连续级配石料构成的。

本发明在上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身、挡墙和堆体坝身之间设置垫层和过渡层，完成堆体坝身粗粒料与上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身之间的过渡，以减少堆石或堆土与坝身之间因应力集中而造成的破坏。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述混合坝还包括廊道，廊道设置在上游钢筋混凝土坝身的底部。

本发明在上游钢筋混凝土坝身的底部设置廊道，方便防渗检修。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述混合坝还包括堆石压重，堆石压重包括上游堆石压重和下游堆石压重，上游堆石压重和下游堆石压重分别设置在上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身的坝脚处。

本发明在上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身的坝脚处分别设置上游堆石压重、下游堆石压重，增强坝体与坝基稳定性。

上混合坝的施工方法包括：

(1)分别现浇上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身和挡墙至设计高程，并且在设计位置处预留锚索张拉孔，在上游钢筋混凝土坝身和挡墙之间以及下游钢筋混凝土坝身和挡墙之间设置柔性连接层；

(2)待上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身和挡墙养护达到设计强度后，穿锚索并张拉至设计值，然后在由上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身以及相邻两个挡墙围成的空间内先后填筑垫层和过渡层至设计高程；

(3)在过渡层内填筑堆体坝身至设计高程；

(4)分别在上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身的坝脚处填筑堆石压重至设计高程；

(5)重复步骤(1)至步骤(4)，依次进行各级坝体浇筑，直至完成整个坝体施工。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明相比于混凝土重力坝，由于上、下游钢筋混凝土坝身较薄及中间坝体采用了堆石/堆土体，不但减小了混凝土的用量而且降低了其坝型对坝基条件的依赖性，同时减小了温度应力对大体混凝土造成的破坏且提高了适应变形的能力，也降低了建造成本。

(2)本发明相比于土石坝，由于本坝型上、下游坝身均采用钢筋混凝土，可以有效增加坝坡的坡比，从而节省大量的堆石/堆土的用量及工程量。

(3)本发明由于本坝型内设置了预应力锚索连接段连接上、下游钢筋混凝土坝身，即增强了上、下钢筋混凝土坝身自身的稳定性，又通过预应力锚索与堆石/堆土体共同作用而使坝体自成为一个整体，共同抵抗外来荷载从而增加了坝体的整体稳定性。

(4)本发明解决了坝体内因液化、心墙水力劈裂、地震造成的永久位移或失稳的问题。同时采用混凝土坝身作为挡水、防渗体，与普通心墙堆石坝以粘土心墙或面板作为防渗体相比，混凝土坝身具有更高的强度和防渗性能，坝体安全性能更高。

(5)本发明与普通面板堆石坝以面板作为防渗体相比，本发明适应坝体变形能力提高，且不会产生因为面板裂缝导致渗流破坏现象。

(6)本发明将锚索设置于挡墙间，便于锚索的检修与更换，增加了此坝的可维护性。并且，如对此型坝坝顶面做简单处理即可满足溢流要求。

(7)本发明吸取了两种坝型的优点，克服了两种坝型的缺点，结构简单，施工方便，便于检修，是一种经济实用而且效果显著的坝型。

附图说明

图1为本发明在俯视状态下的结构示意图；

图2为本发明在图1中沿A-A剖面线的结构示意图；

图3为本发明在图1中沿B-B剖面线的结构示意图；

图4为本发明在图1中沿C-C剖面线的结构示意图；

图5为图1的局部放大图。

图中：1-上游钢筋混凝土坝身；2-下游钢筋混凝土坝身；3-堆体坝身；4-垫层；5-过渡层；6-上游堆石压重；7-下游堆石压重；8-廊道；9-锚索连接段；10-钢筋混凝土墙体；11-墙体横向支撑；12-柔性连接层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

本发明的混合坝包括坝体和堆石压重。堆石压重设置在坝体的两侧。

请参见图1和图2，坝体包括上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2、堆体坝身3、挡墙和锚索连接段9。上游钢筋混凝土坝身1和下游钢筋混凝土坝身2之间设有多个彼此间隔设置的挡墙。每个挡墙的两端分别与上游钢筋混凝土坝身1和下游钢筋混凝土坝身2连接。在由上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2以及相邻两个挡墙围成的空间内设置有堆体坝身3。堆体坝身3为堆石体坝身或堆土体坝身。锚索连接段9埋设在挡墙内并且锚索连接段9的两端分别与上游钢筋混凝土坝身1和下游钢筋混凝土坝身2连接。

本发明的工作原理在于，上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2由锚索连接段9连接，既增强了上游钢筋混凝土坝身1、下钢筋混凝土坝身的稳定性，又通过锚索与堆体坝身3共同作用而使坝体自成为一个整体，共同抵抗外来荷载而增加坝体的整体稳定性。

本发明的混合坝，上游坝体、下游坝体采用钢筋混凝土坝身，中间坝体采用堆石体坝身或堆土体坝身。钢筋混凝土坝身和堆石/土体坝身都可按现有技术构筑。堆体坝身3由上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2间和挡墙外侧填充的堆石/土体构成，填筑高度界限一般为上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2顶点的连线。

本发明的混合坝的上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2和堆体坝身3，与通常的混凝土坝或土石坝相比，其体积均大为减小，但是地形地质适应性、防渗性、抗震性均有所提高。同时，如对本发明坝体的顶面做简单处理即可满足溢流要求。

优选地，下游钢筋混凝土坝身2的高度为上游钢筋混凝土坝身1高度的1/4～2/3。

请参见图1和图3，挡墙包括两个彼此平行的钢筋混凝土墙体10以及多个间隔设置在两个钢筋混凝土墙体10之间的墙体横向支撑11。每个墙体横向支撑11的两端分别与两个钢筋混凝土墙体10连接。挡墙内(即两个钢筋混凝土墙体10之间)可设置人工梯，便于锚索的检修与更换。

优选地，两个钢筋混凝土墙体10的间距为0.8-2.0m，钢筋混凝土墙体10的厚度为0.5-1.0m。更优选地，两个钢筋混凝土墙体10的间距为1.5m，钢筋混凝土墙体10的厚度为0.75m。

优选地，钢筋混凝土墙体10的两端分别与上游钢筋混凝土坝身1和下游钢筋混凝土坝身2连接，并且连接处的接触面呈楔形。

请参见图1和图3，锚索连接段9设置在两个钢筋混凝土墙体10之间，并且多个锚索连接段9在沿坝体的高度方向上呈分层或交叉设置。锚索的具体设置形式可以视上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2的高度和坝体宽度而定，旨在提高坝体的整体稳定性。

优选地，锚索连接段9沿坝体的纵向间距为30-100m，60m更佳，沿坝体的高度方向布置间距不大于30m，且其锚索布置方向与水平面的夹角不易大于45°。

请参见图1、图4和图5，混合坝体还包括柔性连接层12。柔性连接层12分别设置在钢筋混凝土墙体10与上游钢筋混凝土坝身1之间以及钢筋混凝土墙体10与下游钢筋混凝土坝身2之间。

优选地，柔性连接层12的厚度为5-20cm。更优选地，柔性连接层12的厚度为15cm。

请参见图1、图2和图5，混合坝还包括过渡层5。过渡层5包围在堆体坝身3的外侧，并且过渡层5与堆体坝身3连接。

优选地，过渡层5的厚度为2-8m。更优选地，过渡层5的厚度为5m。

请参见图1、图2和图5，混合坝还包括垫层4。垫层4包围在过渡层5的外侧，并且垫层4的内侧与过渡层5连接，垫层4的外侧分别与上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2和挡墙连接。垫层4由连续级配石料构成，紧贴钢筋混凝土坝身或挡墙设置，最大粒径小于80mm。

优选地，垫层4的厚度为1-4m。优选地，垫层4的厚度为2.5m。

请参见图1和图2，混合坝还包括廊道8，廊道8设置在上游钢筋混凝土坝身1的底部。

请参见图1和图2，堆石压重包括上游堆石压重6和下游堆石压重7，上游堆石压重6和下游堆石压重7分别设置在上游钢筋混凝土坝身1和下游钢筋混凝土坝身2的坝脚处。

本发明实施例的混合坝的施工方法，包括：

(1)分别现浇上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2和挡墙至设计高程，并且在设计位置处预留锚索张拉孔，在上游钢筋混凝土坝身1和挡墙之间以及下游钢筋混凝土坝身2和挡墙之间设置柔性连接层12；

(2)待上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2和挡墙养护达到设计强度后，穿锚索并张拉至设计值，然后在由上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2以及相邻两个挡墙围成的空间内先后填筑垫层4和过渡层5至设计高程；

(3)在过渡层5内填筑堆体坝身3至设计高程；

(4)分别在上游钢筋混凝土坝身1和下游钢筋混凝土坝身2的坝脚处填筑堆石压重至设计高程；

(5)重复步骤(1)至步骤(4)，依次进行各级坝体浇筑，直至完成整个坝体施工。

需要说明的是，当坝高较高时，施工时需要和普通坝体一样，按分级填筑进行。

第一级填筑时，先分别浇筑上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2以及钢筋混凝土墙体10至第一级设计高程并预留预应力锚索孔，并在钢筋混凝土墙体10的两端分别与上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2之间设置柔性连接层12。墙体横向支撑11与钢筋混凝土墙体10整体现浇。

等第一级混凝土养护达到强度后，安装锚索连接段9且张拉至设计值并填筑第一级的垫层4和过渡层5，最后填筑中间堆石/土体到设计高程。可在垫层4、过度层和堆石(土)体施工过程的同时，进行第二级上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2、钢筋混凝土墙体10和墙体横向支撑11的浇铸，以及柔性连接层12的设置，并在设计位置预留锚索孔洞。之后各级的浇筑依次按照这个顺序进行，直到完成整个坝体的施工。垫层4、过渡层5和上游堆石压重6、下游堆石压重7的填筑需与堆石区同步进行，即填筑一级垫层4料和过渡料，填筑一级堆石料及堆石压重。根据施工时的实际情况，上游堆石压重6、下游堆石压重7也可在坝体填筑时同时进行。

当坝高不是很高时，可采取整体填筑的方式。整体填筑时先施工上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2和钢筋混凝土墙体10，连续浇筑到坝顶并在其设计位置预留锚索孔洞，并在挡墙两端与混凝土坝身之间设置柔性连接层12，墙体横向支撑11与钢筋混凝土墙体10整体现浇。在上游钢筋混凝土坝身1、下游钢筋混凝土坝身2和钢筋混凝土墙体10施工完成并养护后，在设计位置安装锚索并张拉至设计值后，开始施工垫层4和过渡层5，同时填筑堆体坝身3，两者同步进行，堆石料或堆土料要充分碾压密实。上游堆石压重6和下游堆石压重7可随施工进程逐级填筑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合坝，其特征在于，包括坝体，所述坝体包括上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身、堆体坝身、挡墙和锚索连接段；所述上游钢筋混凝土坝身和所述下游钢筋混凝土坝身之间设有多个彼此间隔设置的所述挡墙，并且每个所述挡墙的两端分别与所述上游钢筋混凝土坝身和所述下游钢筋混凝土坝身连接；在由所述上游钢筋混凝土坝身、所述下游钢筋混凝土坝身以及相邻两个所述挡墙围成的空间内设置有所述堆体坝身，其中，所述堆体坝身为堆石体坝身或堆土体坝身；所述锚索连接段埋设在所述挡墙内并且所述锚索连接段的两端分别与所述上游钢筋混凝土坝身和所述下游钢筋混凝土坝身连接。

2.根据权利要求1所述的混合坝，其特征在于，所述挡墙包括两个彼此平行的钢筋混凝土墙体以及多个间隔设置在两个所述钢筋混凝土墙体之间的墙体横向支撑，每个所述墙体横向支撑的两端分别与两个所述钢筋混凝土墙体连接。

3.根据权利要求2所述的混合坝，其特征在于，所述钢筋混凝土墙体的两端分别与所述上游钢筋混凝土坝身和所述下游钢筋混凝土坝身连接，并且连接处的接触面呈楔形。

4.根据权利要求2所述的混合坝，其特征在于，所述锚索连接段设置在两个所述钢筋混凝土墙体之间，并且多个所述锚索连接段在沿坝体的高度方向上呈分层或交叉设置。

5.根据权利要求2所述的混合坝，其特征在于，所述混合坝体还包括柔性连接层，所述柔性连接层分别设置在所述钢筋混凝土墙体与所述上游钢筋混凝土坝身之间以及所述钢筋混凝土墙体与所述下游钢筋混凝土坝身之间。

6.根据权利要求1至5任一项所述的混合坝，其特征在于，所述混合坝还包括过渡层，所述过渡层包围在所述堆体坝身的外侧，并且所述过渡层与所述堆体坝身连接。

7.根据权利要求6所述的混合坝，其特征在于，所述混合坝还包括垫层，所述垫层包围在所述过渡层的外侧，并且所述垫层的内侧与所述过渡层连接，所述垫层的外侧分别与所述上游钢筋混凝土坝身、所述下游钢筋混凝土坝身和所述挡墙连接。

8.根据权利要求7所述的混合坝，其特征在于，所述混合坝还包括廊道，所述廊道设置在所述上游钢筋混凝土坝身的底部。

9.根据权利要求1所述的混合坝，其特征在于，所述混合坝还包括堆石压重，所述堆石压重包括上游堆石压重和下游堆石压重，所述上游堆石压重和所述下游堆石压重分别设置在所述上游钢筋混凝土坝身和下游钢筋混凝土坝身的坝脚处。

10.权利要求1-9任一项所述的混合坝的施工方法，其特征在于，包括：

(1)分别现浇上游钢筋混凝土坝身、下游钢筋混凝土坝身和挡墙至设计高程，并且在设计位置处预留锚索张拉孔，在所述上游钢筋混凝土坝身和所述挡墙之间以及所述下游钢筋混凝土坝身和所述挡墙之间设置柔性连接层；

(2)待所述上游钢筋混凝土坝身、所述下游钢筋混凝土坝身和所述挡墙养护达到设计强度后，穿锚索并张拉至设计值，然后在由所述上游钢筋混凝土坝身、所述下游钢筋混凝土坝身以及相邻两个所述挡墙围成的空间内先后填筑垫层和过渡层至设计高程；

(3)在所述过渡层内填筑堆体坝身至设计高程；

(4)分别在所述上游钢筋混凝土坝身和所述下游钢筋混凝土坝身的坝脚处填筑堆石压重至设计高程；

(5)重复步骤(1)至步骤(4)，依次进行各级坝体浇筑，直至完成整个坝体施工。