CN111287150A

CN111287150A - 一种竖直折线型面板组合坝及其施工方法

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Publication number: CN111287150A
Application number: CN202010213819.1A
Authority: CN
Inventors: 刘亮; 何建新; 王建新; 李慧; 杨海华; 张凌凯; 高强
Original assignee: Xinjiang Agricultural University
Current assignee: Xinjiang Agricultural University
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: CN111287150B

Abstract

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种竖直折线型面板组合坝及其施工方法。该组合坝包括铺设在河床基岩上的混凝土底板，若干个上游竖直折线型面板和下游堆石区。上游竖直折线型面板呈V型混凝土结构，V型的尖端朝向上游的迎水面。上游混凝土面板与下游堆石区之间设置有过渡层。过渡层与上游竖直折线型面板之间设置有三角形垫层区。各个面板交接处设置有止水区。该施工方法包括铺设混凝土底板；浇筑竖直折线型面板到达一定的高程并养护；在下游依次铺设三角形垫层区、过渡层和下游堆石区至一定高程；一个高程接着一个高程的铺设，直至完成整个坝体的施工。本发明通过对坝型结构的改进，使其相比于现有的面板坝，更加稳定、经济且施工方便。

Description

一种竖直折线型面板组合坝及其施工方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种竖直折线型面板组合坝及其施工方法。

背景技术

在拦河坝发展的过程中，坝型的种类有土石坝和混凝土坝两种。土石坝可以充分利用当地天然材料，施工简单，抗震性能好，对不同的地形和地质条件适应性强。土石坝又分为心墙土石坝和面板土石坝。其中，心墙土石坝容易产生拱效应，从而产生心墙裂缝及水力劈裂等问题；面板土石坝抵抗不均匀沉降的能力差，对坝体变形要求较高。而且土石坝体积都很大，因而土石方开挖量和筑坝方量都很大。

相比于土石坝，混凝土坝的优点是质量安全可靠。但是混凝土重力坝对地形和地质条件适应性差，一般要建在完整的基岩上，混凝土拱坝需要有坚固的坝肩作为支撑。混凝土坝由于庞大的体积，浇筑时需要有严格的温度控制措施，并消耗大量的水泥、钢筋等建筑材料，会对自然环境造成较大破坏。

中国专利文献CN101718086B中公开了一种混凝土-堆石混合坝及其施工方法，该坝是由混凝土坝身和堆石体坝身组合形成一种新型的坝体结构形式，其坝体包括混凝土坝身、堆石体坝身、梳状齿连接段、垫层和过渡层，混合坝在堆石体坝身中设置梳状齿连接段，梳状齿连接段与混凝土坝身整体浇筑，深入堆石体坝身一定深度，用于两种坝身之间的交接，增加坝体整体性；在混凝土坝身和堆石体坝身之间设置垫层和过渡层，完成堆石体坝身粗粒料与混凝土坝体之间的过渡。在坝体的上游坝脚和下游坝脚处设置上游堆石压重、下游堆石压重，增强坝体的整体稳定性。该方案结合了土石坝和混凝土坝各自坝型的部分优点，但是，混凝土坝身需要在上游增加堆石压重以及增加梳齿状的连接来提高稳定性。为了达到更加稳定、经济和施工方便的目的，该方案还有待改进。

中国专利文献CN101285305B中公开了一种折线型混凝土面板堆石坝及其施工方法，该折线型混凝土面板堆石坝，具有坝轴线和钢筋混凝土结构的面板，坝轴线是折线，沿坝轴线修筑的面板也形成折线形，在两面板的转折处用钢筋混凝土结构的连接板过渡连接，在面板的周边设置钢筋混凝土结构的趾板，面板下面设垫层、过渡层和堆石体。该方案可以因地制宜地根据现场地形、地质条件选择较好的趾板位置。但是，当地形复杂时，混凝土面板的轴线不容易找到最优角度，不利于坝体的稳定。

综上所述，在水利工程中，如何设计出一种适应于不同的地质条件下，既稳定又经济和施工方便的拦河坝是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

技术问题：在水利工程领域中，提供一种更加稳定、经济、施工方便的新坝型。

技术方案：提出一种竖直折线型面板组合坝，包括铺设在河床基岩上的混凝土底板，上游混凝土面板和下游堆石区，上游混凝土面板包括若干个上游竖直折线型面板，上游竖直折线型面板呈V型混凝土结构，V型的尖端朝向上游的迎水面，下游堆石区呈梯形断面结构，上游混凝土面板与下游堆石区之间设置有过渡层，过渡层与上游竖直折线型面板之间设置有三角形垫层区，上游混凝土面板与混凝土底板之间设置有第一底部止水区，相邻的两个上游竖直折线型面板之间设置有第二底部止水区和中部止水区，上游混凝土面板和三角形垫层区的上端设置有顶部止水区。

作为优选，上游竖直折线型面板的V型夹角为30-100^o，相邻的两个上游竖直折线型面板所形成的V型夹角为30-100^o。

作为优选，上游竖直折线型面板的顶部厚度为0.3m，上游竖直折线型面板的底部厚度取值区间为0.3+0.002H≤t≤0.3+0.003H，其中t为底部厚度，t的单位是米，H为上游竖直折线型面板的垂直高度，H的单位是米，上游竖直折线型面板的竖直断面的形状为等腰梯形，等腰梯形的上底为顶部厚度，等腰梯形的下底为底部厚度。

作为优选，第一底部止水区包括第一止水铜片，第一止水铜片安装在混凝土底板和上游混凝土面板的交接处，第一止水铜片的结构呈L型。

作为优选，第二底部止水区包括第二止水铜片，第二止水铜片安装在相邻的两个上游竖直折线型面板的交接处，第二底部止水区的高度不超过上游混凝土面板的高度的1/3。

作为优选，中部止水区包括止水橡胶片，止水橡胶片安装在相邻的两个上游竖直折线型面板的交接处，中部止水区的下端与第二底部止水区有重叠，中部止水区的上端与上游混凝土面板的上端平齐。

作为优选，顶部止水区包括柔性防水层，柔性防水层包括沥青层和纤维织物层。

作为优选，三角形垫层区包括连续级配石料层，连续级配石料层中的最大粒径小于60mm，连续级配石料层中的粒径小于5mm的颗粒重量百分含量为45％，连续级配石料层中的粒径小于0.1mm颗粒重量百分含量为5％。

作为优选，下游堆石区包括砂砾石层和胶凝砂砾石层。

本发明同时提供上述竖直折线型面板组合坝的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：对河流上游进行截流，开挖基坑和加固，铺设混凝土底板；

步骤二：浇筑上游竖直折线型混凝土面板到达一定的高程并养护；

步骤三：在上游竖直折线型混凝土面板的下游依次铺设三角形垫层区、过渡层和下游堆石区至一定高程；

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至完成整个坝体的施工。

发明原理：本发明的竖直折线型面板组合坝，旨在解决现有技术缺乏一种更加稳定、经济、施工方便的新坝型的问题。该坝型由上游竖直折线型面板和下游堆石体组合而成，该坝型混凝土用量更少，坝体断面面积更小，还减少了导流洞、输水道、溢洪道的工程量，具有较好的安全、经济和环境生态效益。该竖直折线型面板组合坝受力方式与传统面板完全不同，一方面作为上游面板起防渗作用，另一方面可以依靠自身V型结构特点维持稳定。该竖直折线型面板的折线形状形成的壳体结构，使受力方式由传统的挡土结构物与土体的水平推力转变成壳体结构与土体的挤压受力方式。

有益效果：

1.相比于其他坝型，由于竖直折线型面板自身具有的稳定性，使得这种竖直折线型面板组合坝新坝型断面结构尺寸相对较小；根据下游堆石体不同材料特性，可以继续优化，堆石体材料的粘聚力越大，比如换成胶凝砂砾石，则下游面的坡度就可以做的更陡，坝型断面结构尺寸就会更小。

2.这种竖直折线型面板组合坝新坝型的上游直立折线型面板，可以根据实际情况调节折线长度和折角来满足稳定要求，通过计算可以找出稳定与经济的最优组合。

3.该竖直折线型面板的混凝土结构较薄，不需考虑温度应力对混凝土造成的应力破坏，不需考虑设置温控措施，施工过程更快捷，经济更优。

4.竖直折线型面板形成的壳体结构与土体的挤压受力方式，增加与垫层料和堆石料的相互作用力，更加有利于坝体下游堆石体的稳定，避免了传统面板坝的脱空情况。

5.竖直折线型面板和混凝土底板或基岩坝基是垂直的，和现有的非直立折线型面板相比，竖直折线型面板在保证其自身稳定性的同时施工简单节省材料，并且和水流之间的摩擦力较小可以减少长期水流冲刷导致混凝土面板损坏问题。

附图说明

图1是本发明实施例中竖直折线型面板组合坝的主视图；

图2是图1中去除顶部止水区11的俯视图；

图3是图1的左视图；

图4是第一底部止水区8的剖视图；

图5是第二底部止水区9的剖视图；

图6是中部止水区10的剖视图。

附图标记：混凝土底板1、上游竖直折线型面板2、竖直折线型面板的夹角3、三角形垫层区4、过渡层5、下游堆石区6、基岩7、第一底部止水区8、第二底部止水区9、中部止水区10、顶部止水区11、第一止水铜片12、止水橡胶片13、第二止水铜片14。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1、图2和图3所示的一种竖直折线型面板组合坝，包括铺设在河床基岩上的混凝土底板1，上游混凝土面板和下游堆石区6，上游混凝土面板包括2个上游竖直折线型面板2，上游竖直折线型面板2呈V型混凝土结构，V型的尖端朝向上游的迎水面，下游堆石区6呈梯形断面结构，上游混凝土面板与下游堆石区6之间设置有过渡层5，过渡层5与上游竖直折线型面板2之间设置有三角形垫层区4，上游混凝土面板与混凝土底板1之间设置有第一底部止水区8，相邻的两个上游竖直折线型面板2之间设置有第二底部止水区9和中部止水区10，上游混凝土面板和三角形垫层区4的上端设置有顶部止水区11。

其中，上游竖直折线型面板2的V型夹角为30-100^o。竖直折线型面板的夹角3也就是相邻的两个上游竖直折线型面板所形成的V型夹角，竖直折线型面板的夹角3为30-100^o。

上游竖直折线型面板2的顶部厚度为0.3m，上游竖直折线型面板2的底部厚度取值区间为0.3+0.002H≤t≤0.3+0.003H，其中t为底部厚度，t的单位是米，H为上游竖直折线型面板2的垂直高度，H的单位是米，上游竖直折线型面板2的竖直断面的形状为等腰梯形，等腰梯形的上底为顶部厚度，等腰梯形的下底为底部厚度。

如图4所示的第一底部止水区8包括第一止水铜片12，第一止水铜片12安装在混凝土底板1和上游混凝土面板2的交接处，第一止水铜片12的结构呈L型。

如图5所示的第二底部止水区9包括第二止水铜片14，第二止水铜片14安装在相邻的两个上游竖直折线型面板2的交接处，第二底部止水区9的高度不超过上游混凝土面板2的高度的1/3。

如图6所示的中部止水区10包括止水橡胶片13，止水橡胶片13安装在相邻的两个上游竖直折线型面板2的交接处，中部止水区10的下端与第二底部止水区9有重叠，中部止水区10的上端与上游混凝土面板的上端平齐。

顶部止水区11包括柔性防水层，柔性防水层包括沥青层和纤维织物层。

三角形垫层区4包括连续级配石料层，连续级配石料层中的最大粒径小于60mm，连续级配石料层中的粒径小于5mm的颗粒重量百分含量为45％，连续级配石料层中的粒径小于0.1mm颗粒重量百分含量为5％。

下游堆石区6包括砂砾石层和胶凝砂砾石层。

建造本实施例的竖直折线型面板组合坝的施工步骤如下：

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至完成整个坝体的施工。

该坝型由上游竖直折线型面板和下游堆石体组合而成，该坝型混凝土用量更少，坝体断面面积更小，还减少了导流洞、输水道、溢洪道的工程量，具有较好的安全、经济和环境生态效益。该竖直折线型面板组合坝受力方式与传统面板完全不同，一方面作为上游面板起防渗作用，另一方面可以依靠自身V型结构特点维持稳定。该竖直折线型面板的折线形状形成的壳体结构，使受力方式由传统的挡土结构物与土体的水平推力转变成壳体结构与土体的挤压受力方式。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种竖直折线型面板组合坝，包括铺设在河床基岩上的混凝土底板，上游混凝土面板和下游堆石区，其特征在于，所述上游混凝土面板包括若干个上游竖直折线型面板，所述上游竖直折线型面板呈V型混凝土结构，所述V型的尖端朝向上游的迎水面，所述下游堆石区呈梯形断面结构，上所述游混凝土面板与所述下游堆石区之间设置有过渡层，所述过渡层与所述上游竖直折线型面板之间设置有三角形垫层区，所述上游混凝土面板与所述混凝土底板之间设置有第一底部止水区，相邻的两个所述上游竖直折线型面板之间设置有第二底部止水区和中部止水区，所述上游混凝土面板和所述三角形垫层区的上端设置有顶部止水区。

2.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述上游竖直折线型面板的V型夹角为30-100^o，相邻的两个所述上游竖直折线型面板所形成的V型夹角为30-100^o。

3.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述上游竖直折线型面板的顶部厚度为0.3m，所述上游竖直折线型面板的底部厚度取值区间为0.3+0.002H≤t≤0.3+0.003H，其中t为所述底部厚度，t的单位是米，H为所述上游竖直折线型面板的垂直高度，H的单位是米，所述上游竖直折线型面板的竖直断面的形状为等腰梯形，所述等腰梯形的上底为所述顶部厚度，所述等腰梯形的下底为所述底部厚度。

4.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述第一底部止水区包括第一止水铜片，所述第一止水铜片安装在所述混凝土底板和所述上游混凝土面板的交接处，所述第一止水铜片的结构呈L型。

5.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述第二底部止水区包括第二止水铜片，所述第二止水铜片安装在相邻的两个所述上游竖直折线型面板的交接处，所述第二底部止水区的高度不超过所述上游混凝土面板的高度的1/3。

6.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述中部止水区包括止水橡胶片，所述止水橡胶片安装在相邻的两个所述上游竖直折线型面板的交接处，所述中部止水区的下端与所述第二底部止水区有重叠，所述中部止水区的上端与所述上游混凝土面板的上端平齐。

7.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述顶部止水区包括柔性防水层，所述柔性防水层包括沥青层和纤维织物层。

8.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述三角形垫层区包括连续级配石料层，所述连续级配石料层中的最大粒径小于60mm，所述连续级配石料层中的粒径小于5mm的颗粒重量百分含量为45％，所述连续级配石料层中的粒径小于0.1mm颗粒重量百分含量为5％。

9.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝，其特征在于，所述下游堆石区包括砂砾石层和胶凝砂砾石层。

10.根据权利要求1所述的一种竖直折线型面板组合坝的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，对河流上游进行截流，开挖基坑和加固，铺设混凝土底板；

步骤二，浇筑上游竖直折线型混凝土面板到达一定的高程并养护；

步骤三，在上游竖直折线型混凝土面板的下游依次铺设三角形垫层区、过渡层和下游堆石区至一定高程；

步骤四，重复步骤二和步骤三，直至完成整个坝体的施工。