CN111335270A - 面板堆石坝的预应力加筋结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面板堆石坝的预应力加筋结构及其施工方法。该加筋结构包括弹簧筒、加筋梁、挡梁、绑扎线、土工格栅，土工格栅平铺在相邻的堆石料层之间，弹簧筒固定于堆石料层的一端，弹簧筒内设置有弹簧，弹簧的端部与加筋梁的一端固定连接，加筋梁的另一端设有挡梁孔，加筋梁上沿轴线延伸方向布置有若干个孔洞，绑扎线穿过加筋梁上的孔洞将土工格栅绑扎连接在一起，当弹簧伸长产生预应力后，在堆石料层的另一端将挡梁穿过同一堆石料层的加筋梁的挡梁孔将该层所有的加筋梁连接为整体，产生预应力嵌锁。本发明通过外部预应力装置对加筋梁施加拉力，传递到弹簧筒从而施加预应力，增强了格栅网孔和堆石料的嵌锁效应，整体性好。

Description

面板堆石坝的预应力加筋结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于石坝的预应力加筋结构和施工方法，特别涉及一种用于面板堆石坝的预应力加筋结构和施工方法。

背景技术

钢筋混凝土面板堆石坝(简称面板堆石坝)具有良好的稳定性、防渗性和抗震性，在水利工程中应用广泛，其以堆石料为坝体支承结构，上游坡面现浇钢筋混凝土面板作为防渗结构，下游坡面常采用浆砌石护坡。

高面板堆石坝遭受到强震的作用时，由于鞭梢效应，受到往复地震惯性力可能会使坝顶区域的堆石料松动，从而导致上游面板和下游浆砌石出现开裂、渗漏和错台，严重威胁大坝的安全和经济效应。因此，有必要对坝顶区域采取合理的抗震加固措施，提高大坝的抗震稳定性。

坝顶堆石料中分层铺设筋材(钢塑土工格栅、钢筋网、混凝土格构梁)作为一种有效的高面板堆石坝抗震加固措施，近年来已被实际应用于筑坝水利工程中。然而不同的加筋材料组成的加筋结构有着各自的优缺点，主要体现在：(1)钢筋网、钢筋混凝土格构梁组成的此类加筋结构具有强度高、网孔与堆石料能形成牢固嵌锁效应等优点，但缺点是成本过高。(2)钢塑土工格栅虽然成本低，但是由单一的钢塑土工格栅组成的加筋结构自由铺设在堆石料上，过于柔软，其网孔无法与堆石料形成牢固的嵌锁效应，且加筋结构难以与钢筋混凝土面板连接在一起。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种面板堆石坝的预应力加筋结构及其施工方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种面板堆石坝的预应力加筋结构，所述堆石坝包括若干层堆石料，所述预应力加筋结构包括弹簧筒、加筋梁、挡梁、绑扎线、土工格栅，所述土工格栅平铺在相邻的堆石料层之间，所述弹簧筒固定于堆石料层一端的钢筋混凝土面板中，弹簧筒内设置有弹簧，所述弹簧的端部与加筋梁的一端固定连接，加筋梁的另一端设有挡梁孔，所述加筋梁上沿轴线延伸方向布置有若干个孔洞，所述绑扎线穿过加筋梁上的孔洞将所述土工格栅绑扎连接在一起，当弹簧伸长产生预应力后，在堆石料层的另一端将所述挡梁穿过同一堆石料层的加筋梁的挡梁孔将该层所有的加筋梁连接为整体，产生预应力嵌锁。

更进一步的，所述弹簧的端部连接有带肋钢筋，所述加筋梁的一端设置有套筒，所述带肋钢筋旋转固定于套筒中。

更进一步的，所述弹簧筒为中空结构，外壳为金属，内设弹簧，所述弹簧的一端与筒壁固定连接，另一端与带肋钢筋固定连接，带肋钢筋伸出筒壁的端部设有丝扣。

更进一步的，所述弹簧筒的直径为100mm～300mm，长度为面板堆石坝面板厚度的1/2～1/3。

更进一步的，所述加筋梁为中空结构，外壳为金属，加筋梁的断面为正方形，边长与弹簧筒的直径一致，梁侧孔洞对称分布，直径略大于绑扎线直径。

更进一步的，所述挡梁为现浇钢筋混凝土结构，挡梁将该平面所有的加筋梁连接为整体，所述挡梁的断面尺寸与挡梁孔露出下游坡面的尺寸一致。

更进一步的，所述土工格栅为钢塑土工格栅，其网孔为正方形，网孔边长500mm～2000mm，格栅边缘设有孔洞，直径略大于绑扎线直径。

更进一步的，所述绑扎线为钢绞线，所述绑扎线穿过钢塑土工格栅边缘的孔洞和加筋梁侧壁孔洞，将钢塑土工格栅绑扎在加筋梁上。

本发明还提供一种面板堆石坝的预应力加筋结构的施工方法，包括：

1)当面板堆石坝修筑至坝顶加筋层标高后，整平堆石料；将土工格栅和加筋梁平铺在堆石料上，再利用绑扎线穿过孔洞，将土工格栅紧密绑扎在加筋梁上，随后将弹簧筒旋转穿过钢筋混凝土面板的钢筋网，使带肋钢筋连接套筒；

2)浇筑钢筋混凝土面板的混凝土，将弹簧筒包裹在其中，养护达到设计强度后，利用外部张拉装置对加筋梁施加拉力，使弹簧筒中的弹簧伸长，达到设计预应力；此时，绑扎线同时也被拉紧，使土工格栅处于紧绷状态；然后，填筑堆石料至上一加筋层标高，最后施工大坝下游的护坡浆砌石；

3)当浆砌石施工完成后，在加筋梁露出浆砌石的挡梁孔中，现浇施工钢筋混凝土挡梁，利用挡梁将该平面的所有加筋梁连接成整体，挡梁的混凝土养护达到设计强度后，移除外部预应力张拉装置；重复步骤1)、2)、3)直至完成整个坝顶加筋结构的施工。

本发明的有益效果如下：

(1)结构简单，经济性较好。钢塑土工格栅的大量使用大幅降低了工程造价。

(2)可施加预应力，增强嵌锁效应。通过外部预应力装置对加筋梁施加拉力，传递到弹簧筒从而施加预应力。同时，加筋梁也对绑扎线施加拉力，使钢塑土工格栅绷紧，可增强格栅网孔和堆石料的嵌锁效应。

(3)整体性好。弹簧筒、挡梁、加筋梁和钢筋混凝土面板实现了刚性连接，挡梁还将该层所有的加筋梁连成一个整体。

附图说明

图1是弹簧筒、加筋梁、挡梁的示意图；

图2是钢塑土工格栅和加筋梁的连接示意图；

图3是面板堆石坝的加筋布置示意图；

图4是面板堆石坝的下游坡面示意图。

图中标记：1、弹簧筒2、弹簧3、带肋钢筋4、套筒5、加筋梁6、孔洞7、挡梁孔8、挡梁9、绑扎线10、土工格栅11、钢筋混凝土面板12、浆砌石13、堆石料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明面板堆石坝的预应力加筋结构如图1-4所示，包括弹簧筒1、加筋梁5、挡梁8、土工格栅10(具体为钢塑土工格栅)、绑扎线9。筒套4在加筋梁5上，挡梁8嵌入在加筋梁5中，绑扎线9将土工格栅10绑扎在加筋梁5上。

如图1所示，弹簧筒1中空，外壳为金属，内设弹簧2，弹簧2一端与筒壁固接，另一端与带肋钢筋3(例如，螺纹钢筋)固接，带肋钢筋3伸出筒壁的端部设有丝扣。弹簧筒1直径可取100mm～300mm，长度为面板堆石坝设计面板厚度的1/2～1/3，带肋钢筋3直径可取20～32mm。

如图1所示，加筋梁5中空，外壳为金属，侧壁对称设置圆形孔洞6，一端设有钢筋连接套筒4，另一端部附近设有方形挡梁孔7。加筋梁5的断面为正方形，边长与弹簧筒1直径一致，长度根据面板堆石坝断面加筋长度设计，加筋梁5的布置间距可取4m～10m。

如图1所示，挡梁8为现浇钢筋混凝土结构，将该平面所有的加筋梁5连接为整体，断面尺寸与挡梁孔7露出下游坡面的尺寸一致。

如图2所示，土工格栅10网孔为正方形，网孔边长500mm～2000mm，格栅边缘有孔洞。绑扎线9采用钢绞线，穿过土工格栅10边缘的孔洞和加筋梁侧壁孔洞，将土工格栅绑扎在加筋梁5上。

安装时，旋转弹簧筒1，利用其侧边的带肋钢筋3与加筋梁5侧边的套筒4，将弹簧筒1和加筋梁5连接在一起。绑扎线9穿过加筋梁5两侧的孔洞6将钢塑土工格栅10绑扎在一起。当弹簧筒1中的弹簧2伸长产生预应力后，将挡梁8穿过挡梁孔7可实现预应力嵌锁，并将该层所有的加筋梁5连接为整体。

本发明的面板堆石坝预应力加筋结构的施工方法，包括以下步骤：

1、当面板堆石坝修筑至坝顶加筋层标高后，整平堆石料13。将钢塑土工格栅10和加筋梁5平铺在堆石料13上，再利用绑扎线9穿过孔洞6，将钢塑土工格栅10紧密绑扎在加筋梁5上，随后将弹簧筒1旋转穿过钢筋混凝土面板11的钢筋网，使带肋钢筋3连接套筒4。施工过程中务必确保弹簧筒1的筒体埋置于钢筋混凝土面板11中，带肋钢筋3露出钢筋混凝土面板11，完全埋置于堆石料13中。

2、浇筑钢筋混凝土面板11的混凝土，养护达到设计强度后，利用外部张拉装置(如千斤顶)对加筋梁5施加拉力，使弹簧筒1中的弹簧2伸长，达到设计预应力。此时，绑扎线9同时也被拉紧，使钢塑土工格栅10处于紧绷状态，增强了格栅网孔与堆石料13的嵌锁效应。然后，填筑堆石料13至上一加筋层标高，最后施工大坝下游的护坡浆砌石12。

3、当浆砌石12施工完成后，在加筋梁5露出浆砌石12的挡梁孔7中，现浇施工钢筋混凝土挡梁8，利用挡梁8将该平面的所有加筋梁5连接成了整体，待挡梁8的混凝土养护达到设计强度后，移除外部预应力张拉装置。重复步骤1、2、3直至完成坝顶加筋结构的施工。

综上所述，本发明的面板堆石坝的预应力加筋结构和施工方法，组合弹簧筒、加筋梁、挡梁、钢塑土工格栅、绑扎线等部件，形成一种可靠的坝顶加筋抗震加固结构体系。该结构具有造价低、结构简单、整体性好、可施加预应力等优点，能有效地提高大坝的抗震稳定性，其工程应用前景广阔。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述堆石坝包括若干层堆石料(13)，所述预应力加筋结构包括弹簧筒(1)、加筋梁(5)、挡梁(8)、绑扎线(9)、土工格栅(10)，所述土工格栅(10)平铺在相邻的堆石料层之间，所述弹簧筒(1)固定于堆石料层的一端的钢筋混凝土面板(11)中，弹簧筒(1)内设置有弹簧(2)，所述弹簧(2)的端部与加筋梁(5)的一端固定连接，加筋梁(5)的另一端设有挡梁孔(7)，所述加筋梁(5)上沿轴线延伸方向布置有若干个孔洞(6)，所述绑扎线(9)穿过加筋梁(5)上的孔洞(6)将所述土工格栅(10)绑扎连接在一起，当弹簧(2)伸长产生预应力后，在堆石料层的另一端将所述挡梁(8)穿过同一堆石料层的加筋梁(5)的挡梁孔(7)将该层所有的加筋梁(5)连接为整体，产生预应力嵌锁。

2.根据权利要求1所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述弹簧(2)的端部连接有带肋钢筋(3)，所述加筋梁(5)的一端设置有套筒(4)，所述带肋钢筋(3)旋转固定于套筒(4)中。

3.根据权利要求2所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述弹簧筒(1)为中空结构，外壳为金属，内设弹簧(2)，所述弹簧(2)的一端与筒壁固定连接，另一端与带肋钢筋(3)固定连接，带肋钢筋(3)伸出筒壁的端部设有丝扣。

4.根据权利要求3所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述弹簧筒(1)的直径为100mm～300mm，长度为面板堆石坝面板厚度的1/2～1/3。

5.根据权利要求1所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述加筋梁(5)为中空结构，外壳为金属，加筋梁(5)的断面为正方形，边长与弹簧筒(1)的直径一致，梁侧边沿轴线延伸方向布置有若干个孔洞(6)。

6.根据权利要求1所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述挡梁(8)为现浇钢筋混凝土结构，挡梁(8)将该平面所有的加筋梁(5)连接为整体，所述挡梁(8)的断面尺寸与挡梁孔(7)露出下游坡面的尺寸一致。

7.根据权利要求1所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述土工格栅(10)为钢塑土工格栅，其网孔为正方形，网孔边长500mm～2000mm，格栅边缘设有孔洞。

8.根据权利要求7所述的面板堆石坝的预应力加筋结构，其特征在于：所述绑扎线(9)为钢绞线，所述绑扎线(9)穿过钢塑土工格栅边缘的孔洞和加筋梁侧壁孔洞，将钢塑土工格栅绑扎在加筋梁(5)上。

9.面板堆石坝的预应力加筋结构的施工方法，包括：

1)当面板堆石坝修筑至坝顶加筋层标高后，整平堆石料(13)；将土工格栅(10)和加筋梁(5)平铺在堆石料(13)上，再利用绑扎线(9)穿过孔洞(6)，将土工格栅(10)紧密绑扎在加筋梁(5)上，随后将弹簧筒(1)旋转穿过钢筋混凝土面板(11)的钢筋网，使带肋钢筋(3)连接套筒(4)；

2)浇筑钢筋混凝土面板(11)的混凝土，将弹簧筒(1)包裹在其中，养护达到设计强度后，利用外部张拉装置对加筋梁(5)施加拉力，使弹簧筒(1)中的弹簧(2)伸长，达到设计预应力；此时，绑扎线(9)同时也被拉紧，使土工格栅(10)处于紧绷状态；然后，填筑堆石料(13)至上一加筋层标高，最后施工大坝下游的护坡浆砌石(12)；

3)当浆砌石(12)施工完成后，在加筋梁(5)露出浆砌石(12)的挡梁孔(7)中，现浇施工钢筋混凝土挡梁(8)，利用挡梁(8)将该平面的所有加筋梁(5)连接成整体，待挡梁(8)的混凝土养护达到设计强度后，移除外部预应力张拉装置；重复步骤1)、2)、3)直至完成整个坝顶加筋结构的施工。

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