CN109629524A - 一种frp混凝土组合面板土石坝及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种FRP混凝土组合面板土石坝及其施工方法。该土石坝包括自内向外依次铺设在坝体迎水面的垫层、水泥砂浆层、FRP面板和混凝土面板。所述FRP面板和混凝土面板通过环氧树脂结构胶粘结，并通过若干锚杆拉结固定。该土石坝的施工方法包括预制混凝土板、预制FRP片板、填筑第一级坝体、施工相应垫层、施工水泥砂浆层等步骤。该土石坝能够有效的减少面板混凝土厚度，能够承受较大的水压荷载，适用于库水位较高坝体，在施工方便的同时带来较好的经济效益。

Description

一种FRP混凝土组合面板土石坝及其施工方法
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种组合面板坝技术。
背景技术
混凝土面板坝是以堆石体分层碾压作为支承结构，并以混凝土面板作为防渗结构的堆石坝。具有安全性好、施工方便、适应性强、造价低等特点。随着混凝土面板坝设计水平的不断完善，我国乃至世界面板坝越来越高。从最开始的湖北西北口水库大坝(95m)以及辽宁关门山大坝(高58.5m)，一直到如今已建成的世界上最高堆石坝—湖北水布垭面板堆石坝(高233m)。面板作为防渗体应该具有良好的整体性，并且不能出现裂缝。但调查发现这些混凝土面板坝面板中大多出现了裂缝。究其原因在于面板所受荷载作用。以西北口水库大坝为例，混凝土面板在高水压力作用产生较大的弯矩，面板底面出现较大拉应力，然而混凝土的抗拉能力有限，因此容易出现拉裂破坏形成裂缝。而由于地震的作用，坝体发生的扭曲、错动等变形导致的高应力状态更容易使面板开裂，越靠近坝顶裂缝开展越严重。这些荷载作用极易导致面板失效，进而影响水库正常运营，甚至出现溃坝等严重灾害。
FRP(Fiber Reinforced Plastics)，具有高抗拉强度(一般为钢筋的2倍甚至10倍)、质量轻、耐腐蚀、抗渗抗疲劳性能好等优点，与混凝土形成组合结构能够极大提高其抗拉性能，研究认为FRP可代替钢筋或预应力钢筋用于建筑工程。
发明内容
本发明的目的是提供一种FRP混凝土组合面板土石坝及其施工方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种FRP混凝土组合面板土石坝，包括自内向外依次铺设在坝体迎水面的垫层、水泥砂浆层、FRP面板和混凝土面板。
所述FRP面板包括若干间隔布置的矩形预制FRP片板。所述预制FRP片板通过环氧树脂结构胶粘接为一个整体。
所述混凝土面板包括若干间隔布置的矩形预制混凝土板。所述预制混凝土板通过环氧树脂结构胶粘接为一个整体。
所述FRP面板和混凝土面板通过环氧树脂结构胶粘结，并通过若干锚杆拉结固定。
进一步，所述预制混凝土板的最大边长为13～20m，厚度为0.2～0.3m。相邻两块混凝土板预制混凝土板对接面之间的拼缝宽度为0.3～0.5cm。
进一步，所述预制FRP片板与预制混凝土板的长宽尺寸相同。所述FRP面板和混凝土面板之间的缝隙为0.3～0.5cm。
进一步，所述FRP片板背水面涂抹环氧树脂结构胶后贴覆在水泥砂浆层表面，并通过碾压设备碾压嵌入垫层。
进一步，所述预制FRP片板背水面具有凸出肋。
进一步，所述垫层采用堆石材料填筑。所述堆石材料为砂石料、砂砾石料或二者的掺配料。
进一步，所述堆石材料具有连续级配，最大粒径为80～100mm，小于5mm的颗粒含量为30％～50％，小于0.075mm的颗粒含量少于8％。
本发明还公开一种关于上述FRP混凝土组合面板土石坝的施工方法，包括以下步骤：
1)根据设计要求生产预制混凝土板和预制FRP片板。
2)填筑第一级的坝体，并施工相应过渡层和垫层。
3)在第一级坝体垫层表面涂覆水泥砂浆。在水泥砂浆层未硬化前贴覆预制FRP片板，并碾压预制FRP片板。
4)在FRP面板迎水面涂抹环氧树脂结构胶。
5)根据设计要求在FRP面板迎水面自下而上拼接各预制混凝土板，并碾压。
6)在混凝土面板迎水面进行钻孔施工，清底后插入锚杆并注浆。其中，施工钻孔的孔底深入垫层中。
7)重复2)～6)，进行下一级坝体和组合面板的施工。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.能够有效的减少面板混凝土厚度；
B.混凝土组合坝具有更高的抗拉强度，能够承受较大的水压荷载，适用于库水位较高坝体；
C.混凝土面板坝上下两层均通过拼装粘结而成，适应地震作用下面板发生的脱空、破裂等不利变形；
D.预制混凝土板和预制FRP片板均可以起到防渗的作用，减小坝体渗透压力，防止坝体混凝土在渗透水流作用下产生溶蚀，并在严寒地区防止因渗水而产生的混凝土冻融破坏；
E.采用预制的方式能够有效的减少工期，在施工方便的同时带来较好的经济效益。
附图说明
图1为土石坝结构示意图；
图2为组合面板结构示意图；
图3为预制FRP片板结构示意图；
图4为A处局部放大图；
图5为B处局部放大图；
图6为锚杆示意图。
图中：预制混凝土板1、预制FRP片板2、凸出肋201、水泥砂浆层3、垫层4、锚杆5。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，本实施例公开一种FRP混凝土组合面板土石坝，包括自内向外依次铺设在坝体迎水面的垫层4、水泥砂浆层3、FRP面板和混凝土面板。
所述垫层4采用堆石材料填筑。所述堆石材料为砂石料、砂砾石料或二者的掺配料。所述堆石材料具有连续级配，最大粒径为80～100mm，小于5mm的颗粒含量为30％～50％，小于0.075mm的颗粒含量少于8％。
所述混凝土面板包括间隔布置的矩形预制混凝土板1。所述预制混凝土板1通过环氧树脂结构胶粘接为一个整体。所述预制混凝土板1的最大边长为13～20m，厚度为0.2～0.3m。相邻两块混凝土板预制混凝土板1对接面之间的拼缝宽度为0.3～0.5cm。
所述FRP面板包括间隔布置的矩形预制FRP片板2。所述预制FRP片板2与预制混凝土板1的长宽尺寸相同。所述预制FRP片板2背水面具有凸出肋201。所述预制FRP片板2通过环氧树脂结构胶粘接为一个整体。所述FRP片板背水面涂抹环氧树脂结构胶后贴覆在水泥砂浆层3表面。通过碾压设备，凸出肋201碾压嵌入垫层4。
所述FRP面板和混凝土面板之间的缝隙为0.3～0.5cm。所述FRP面板和混凝土面板通过环氧树脂结构胶粘结，并通过锚杆5拉结固定。所述预制混凝土板1与预制FRP片板2错缝粘结。
值得说明的是，通过结合FRP片板与混凝土板的优点形成新型组合面板坝，充分发挥了FRP的抗拉性能，在不损失面板坝其他性能的条件下防止混凝土拉裂破坏，并且能有效降低面板混凝土层厚度，产生较好的社会经济效益。
实施例2：
本实施例公开一种关于实施例1所述FRP混凝土组合面板土石坝的施工方法，包括以下步骤：
1)根据设计要求批量生产相应形状的预制混凝土板1和相应规格的预制FRP片板2，并运输到施工现场。
2)按照常规混凝土面板坝的施工方法填筑第一级的坝体，并施工相应过渡层和垫层4。设置趾板止水。
3)在第一级坝体垫层4表面涂覆水泥砂浆。水泥砂浆修整抹平后形成水泥砂浆层3。在水泥砂浆层3未硬化前贴覆预制FRP片板2。在施工过程中每级预制FRP片板2粘贴高度低于同级施工坝体的高程。相邻两块预制FRP片板2之间缝隙为0.3cm。通过碾压设备边振动边碾压，使得带肋的预制FRP片板2与水泥砂浆层3牢固的粘结，凸出肋201紧密嵌入垫层区4中。通过注浆工艺用环氧树脂结构胶填补相邻预制FRP片板2之间的缝隙。
4)在FRP面板迎水面均匀涂抹掺入有机硅烷偶联剂的环氧树脂结构胶，保证环氧树脂结构胶与FRP片板的粘结强度大于混凝土的抗拉强度以及抗剪切强度。
5)根据设计要求，采用大型起吊设备在FRP面板迎水面自下而上拼接各预制混凝土板1，并碾压，使得FRP面板和混凝土面板紧密粘接。其中，所述预制混凝土板1错缝拼装铺设在相应预制FRP片板上，并通过碾压设备与相应预制FRP片板紧密连接。相邻两块预制混凝土板1之间的缝隙为0.3cm。通过注浆工艺用环氧树脂结构胶填补各预制混凝土板1之间的间隙。
6)为了进一步保证两层共同受力，并防止FRP面板和混凝土面板的脱落。采用钻孔设备在混凝土面板迎水面进行钻孔施工，清底后插入锚杆5并注浆。其中，施工钻孔的孔底深入垫层4中。锚杆5的长度根据工程实际要求调节。
7)重复2)～6)，进行下一级坝体和组合面板的施工。

Claims (8)

1.一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：包括自内向外依次铺设在坝体迎水面的垫层(4)、水泥砂浆层(3)、FRP面板和混凝土面板；
所述FRP面板包括若干间隔布置的矩形预制FRP片板(2)；所述预制FRP片板(2)通过环氧树脂结构胶粘接为一个整体；
所述混凝土面板包括若干间隔布置的矩形预制混凝土板(1)；所述预制混凝土板(1)通过环氧树脂结构胶粘接为一个整体；
所述FRP面板和混凝土面板通过环氧树脂结构胶粘结，并通过若干锚杆(5)拉结固定。
2.根据权利要求1所述的一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：所述预制混凝土板(1)的最大边长为13～20m，厚度为0.2～0.3m；相邻两块混凝土板预制混凝土板(1)对接面之间的拼缝宽度为0.3～0.5cm。
3.根据权利要求1所述的一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：所述预制FRP片板(2)与预制混凝土板(1)的长宽尺寸相同；所述FRP面板和混凝土面板之间的缝隙为0.3～0.5cm。
4.根据权利要求1所述的一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：所述FRP片板背水面涂抹环氧树脂结构胶后贴覆在水泥砂浆层(3)表面，并通过碾压设备碾压嵌入垫层(4)。
5.根据权利要求1所述的一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：所述预制FRP片板(2)背水面具有凸出肋(201)。
6.根据权利要求1所述的一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：所述垫层(4)采用堆石材料填筑；所述堆石材料为砂石料、砂砾石料或二者的掺配料。
7.根据权利要求6所述的一种FRP混凝土组合面板土石坝，其特征在于：所述堆石材料具有连续级配，最大粒径为80～100mm，小于5mm的颗粒含量为30％～50％，小于0.075mm的颗粒含量少于8％。
8.一种关于权利要求1所述FRP混凝土组合面板土石坝的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据设计要求生产预制混凝土板(1)和预制FRP片板(2)；
2)填筑第一级的坝体，并施工相应过渡层和垫层(4)；
3)在第一级坝体垫层(4)表面涂覆水泥砂浆；在水泥砂浆层(3)未硬化前贴覆预制FRP片板(2)，并碾压预制FRP片板(2)；
4)在FRP面板迎水面涂抹环氧树脂结构胶；
5)根据设计要求在FRP面板迎水面自下而上拼接各预制混凝土板(1)，并碾压；
6)在混凝土面板迎水面进行钻孔施工，清底后插入锚杆(5)并注浆；其中，施工钻孔的孔底深入垫层(4)中；
7)重复2)～6)，进行下一级坝体和组合面板的施工。
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