CN111705752A - 具有防渗自愈功能的黏土心墙坝及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝及其实施方法。本发明的目的是提供一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝及其实施方法，以使大坝在高地震力引起的大变形条件下保证渗透量和渗透稳定性处于可控和安全的状态。本发明的技术方案是：一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，内部具有黏土心墙，其特征在于：所述黏土心墙上游侧设有自愈粉土区；在黏土心墙出现拉伸或错动裂缝时，所述自愈粉土区中的粉土能流动填充黏土心墙的裂缝。本发明适用于在高地震烈度地区修建的土石坝工程。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝及其实施方法，适用于在高地震烈度地区修建的土石坝工程。
背景技术
制约高地震烈度区水库建设的一个重要原因就是大坝的抗震安全问题，对于土石坝抗震安全问题主要包括大坝结构稳定和渗透稳定问题，其中大坝结构稳定问题的处理方式较多，技术也比较成熟。但是高地震力带来的大变形条件下渗透安全问题则难以处理，而且一旦发生渗透破坏则极可能引起溃坝，危害严重，这也是目前制约高地震烈度区土石坝建设的一个重要原因。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝及其实施方法，以使大坝在高地震力引起的大变形条件下保证渗透量和渗透稳定性处于可控和安全的状态。
本发明所采用的技术方案是：一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，内部具有黏土心墙，其特征在于：所述黏土心墙上游侧设有自愈粉土区；
在黏土心墙出现拉伸或错动裂缝时，所述自愈粉土区中的粉土能流动填充黏土心墙的裂缝。
所述自愈粉土区采用的粉土粘聚力远低于所述黏土心墙土料的粘聚力，自愈粉土区填筑碾压标准不低于黏土心墙的压实标准。
所述自愈粉土区上游侧依次设有上游反滤区Ⅰ、上游反滤区Ⅱ、上游过渡区和上游堆石区；
所述黏土心墙下游侧依次设有下游反滤区Ⅰ、下游反滤区Ⅱ、下游过度区和下游堆石区。
所述上游过渡区、上游反滤区Ⅱ、上游反滤区Ⅰ、黏土心墙、下游反滤区Ⅰ、下游反滤区Ⅱ和下游过度区的最小宽度为非地震条件下黏土心墙坝各区对应设计宽度+B，B为黏土心墙坝在地震工况下最大可能错动宽度；所述自愈粉土区顶部最小宽度为B且大于等于2m，自愈粉土区底宽适当加宽。
所述自愈粉土区最大宽度按照小于0.5倍h/Ⅰcr控制，其中h为黏土心墙底部对应设计水头，Ⅰcr为粉土临界水力坡降。
所述黏土心墙坐落于心墙基础结构上，心墙基础结构具有混凝土底板，混凝土底板下方为经固结灌浆的岩石基础，黏土心墙底部与混凝土底板之间设有一定厚度的接触粘土；所述混凝土底板内设有廊道，经所述廊道向下设有灌浆帷幕。
该黏土心墙坝坝顶部位为加筋区，加筋区在不同高程间隔分层铺设有若干加筋带；所述加筋带具有钢筋和若干浇筑于该钢筋上的混凝土锚固块。
该黏土心墙坝上、下游坝面上设有钢筋混凝土网格梁，所述加筋带与钢筋混凝土网格梁节点锚固。
一种所述黏土心墙坝的施工方法，其特征在于：
根据地震分析成果，预测坝体可能存在的最大错动宽度B；
初拟大坝体型，进行抗震稳定分析，确定上下游坝坡，进行分区设计、复核加筋措施；
进行坝基开挖，施工混凝土底板及廊道；
在钢筋混凝土底板盖重作用下对底板下方岩石基础进行固结灌浆施工；
分层碾压填筑坝体；
填筑至坝顶加筋区后，按照设计的高程间隔分层铺设加筋带；
每填筑10～20m进行上下游坝坡坡面修整；
填筑至坝顶后，修建坝顶防浪墙，填筑坝顶过渡料和路面混凝土；
进行上下游坡面钢筋混凝土网隔梁和梁内填土植草施工；
大坝填筑后期，适时通过廊道进行帷幕灌浆施工。
所述铺设加筋带包括：
在加筋带铺设面上开挖深度为锚固块高度一半的坑，铺设钢筋后浇筑早强混凝土形成锚接于钢筋上混凝土锚固块，在锚固块的表面铺设一层过渡层。
本发明的有益效果是：本发明在黏土心墙上游填筑粉土区，利用粉土低粘聚力、低抗渗透破坏性和中等偏低的渗透性的特性，在正常运行时辅助防渗，保护黏土心墙，在黏土心墙出现拉伸或错动裂缝时，粉土流动填充黏土心墙的裂缝，降低裂缝在水力劈裂和冲刷作用下不断扩张的趋势，并逐渐达到渗透稳定状态，避免大坝发生渗透破坏或者延缓发生渗透破坏的时间，为大坝抢修、人员撤离提供时间。本发明通过控制粉土的填筑高程、压实标准、粘粒含量等综合措施，降低甚至消除地震作用下粉土液化的风险或粉土液化可能造成的坝体整体稳定风险。
本发明通过加宽黏土心墙、反滤料、过渡料的宽度，使大坝在最大预测错动位移下依然保证有足够宽度的结构搭接，不至于发生结构整体失效。
本发明利用钢筋优越的抗拉性能和混凝土锚固块与堆石体强大咬合作用，形成性能优越的加筋带，并与黏土心墙坝表面网格梁的联合作用，提高坝顶的抗震性能。
本发明可利用网格梁中间区域进行植草绿化，提高大坝与周边自然环境的和谐相容。
附图说明
图1为实施例的典型剖面图。
图2为实施例中加筋带的铺设示意图。
图3为实施例中加筋带锚固块典型结构图。
具体实施方式
本实施例为一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，该黏土心墙坝坝体内具有黏土心墙12，黏土心墙12上游侧依次设有自愈粉土区11、上游反滤区Ⅰ10、上游反滤区Ⅱ9、上游过渡区8和上游堆石区7，黏土心墙12下游侧依次设有下游反滤区Ⅰ13、下游反滤区Ⅱ14、下游过度区15和下游堆石区16。
本实施例中黏土心墙坝的坝基分为位于中间区域的心墙基础和位于心墙基础上下游的坝体堆石基础，坝体堆石基础为岩石基础或者密实的无地震液化风险的土质基础；心墙基础结构具有混凝土底板5，混凝土底板5下方为经固结灌浆2的岩石基础，黏土心墙12底部与混凝土底板5之间设有一定厚度的接触黏土6；混凝土底板5内设有廊道4，经廊道4向下设有灌浆帷幕3，对廊道4下部岩体1采用灌浆帷幕3进行防渗处理。本例中黏土心墙12坐落在混凝土底板5上，并在黏土心墙12底部设置有一定厚度的接触黏土6。
本例中自愈粉土区11底部自混凝土底板5开始填筑，顶部填筑至距离坝顶一定高度的部位以保证自愈粉土区11上游和顶部具有一定覆盖厚度。自愈粉土区11填筑高度以水库正常蓄水位或者常遇水位为上限，并综合地震液化判别确定的覆盖厚度确定。自愈粉土区11所采用的土料粘性含量一般不小于5％，饱和固结快剪的力学指标具有低粘聚力(不高于下游的黏土心墙土料的粘聚力，且保持较大的差距)、高内摩擦角的特性，自愈粉土区11填筑碾压标准不低于心墙的压实标准。
本实施例中黏土心墙坝各填筑分区的设计厚度根据非地震条件下设计参数和地震分析的成果确定。首先预测大坝地震工况下最大可能错动宽度，假设为B，上游过渡区8、上游反滤区Ⅱ9、上游反滤区Ⅰ10、黏土心墙12区、下游反滤区Ⅰ13、下游反滤区Ⅱ14、下游过度区15的最小宽度为非地震条件下黏土心墙坝对应设计宽度+B。
本实施例中自愈粉土区11的尺寸按照最大/最小原则控制：顶部最小宽度为B并且顶部宽度不小于2m；底宽适当加宽，最大宽度按照小于0.5倍h/Ⅰcr控制，h为心墙底部对应设计水头，Ⅰcr为粉土临界水力坡降。最小厚度原则保证上游的粉土具有足够的量填充黏土心墙12可能产生的裂缝，最大厚度原则尽可能控制粉土厚度，在黏土心墙12出现裂缝的初期粉土可以在渗透压力作用下顺利被水流带动从而进入黏土心墙12的裂缝，填塞和修复裂缝。
本例中黏土心墙坝1/3坝高范围的坝顶部分为加筋区，加筋区在不同高程间隔分层铺设有若干加筋带17，通过加筋带17进行加固处理。本例中加筋带17具有钢筋17-1和若干浇筑于该钢筋上的混凝土锚固块17-2，钢筋17-1表面采用沥青涂刷形成防腐层；锚固块为边长40～50cm左右的近似立方体结构。
本实施例中在黏土心墙坝上下游坝面设置钢筋混凝土网格梁18，网格梁内铺设种植土进行植草绿化。黏土心墙坝内的加筋带17与钢筋混凝土网格梁18节点锚固，提高坝顶的抗震性能。
本实施例的具体实施步骤如下：
根据地震分析成果，预测坝体可能存在的最大错动宽度B；
初拟大坝体型，进行抗震稳定分析，确定上下游坝坡，进行分区设计，复核加筋措施；
进行坝基开挖，浇筑混凝土底板5和廊道4；
在钢筋混凝土底板盖重作用下进行固结灌浆2施工；
分层碾压填筑坝体；
填筑至坝顶加筋区后，按照设计的高程间隔分层铺设钢筋17-1+混凝土锚固块17-2形成的加筋带17；在加筋带铺设面21上开挖深度为锚固块高度一半的坑，铺设钢筋17-1后浇筑锚早强混凝土形成接于钢筋17-1上的混凝土锚固块17-2，在锚固块的上部及周边填筑约50cn左右过渡层22进行保护；
每填筑10～20m进行上下游坝坡坡面修整；
填筑至坝顶后，修建坝顶防浪墙19，填筑坝顶过渡料和路面混凝土20；
进行上下游坡面钢筋混凝土网隔梁和梁内填土植草施工；
大坝填筑后期，适时通过廊道4进行帷幕灌浆3施工。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，内部具有黏土心墙，其特征在于：所述黏土心墙上游侧设有自愈粉土区；
在黏土心墙出现拉伸或错动裂缝时，所述自愈粉土区中的粉土能流动填充黏土心墙的裂缝。
2.根据权利要求1所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：所述自愈粉土区采用的粉土粘聚力远低于所述黏土心墙土料的粘聚力，自愈粉土区填筑碾压标准不低于黏土心墙的压实标准。
3.根据权利要求1所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：所述自愈粉土区上游侧依次设有上游反滤区Ⅰ、上游反滤区Ⅱ、上游过渡区和上游堆石区；
所述黏土心墙下游侧依次设有下游反滤区Ⅰ、下游反滤区Ⅱ、下游过度区和下游堆石区。
4.根据权利要求3所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：所述上游过渡区、上游反滤区Ⅱ、上游反滤区Ⅰ、黏土心墙、下游反滤区Ⅰ、下游反滤区Ⅱ和下游过度区的最小宽度为非地震条件下黏土心墙坝各区对应设计宽度+B，B为黏土心墙坝在地震工况下最大可能错动宽度；所述自愈粉土区顶部最小宽度为B且大于等于2m，自愈粉土区底宽适当加宽。
5.根据权利要求4所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：所述自愈粉土区最大宽度按照小于0.5倍h/Ⅰcr控制，其中h为黏土心墙底部对应设计水头，Ⅰcr为粉土临界水力坡降。
6.根据权利要求1所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：所述黏土心墙坐落于心墙基础结构上，心墙基础结构具有混凝土底板，混凝土底板下方为经固结灌浆的岩石基础，黏土心墙底部与混凝土底板之间设有一定厚度的接触粘土；所述混凝土底板内设有廊道，经所述廊道向下设有灌浆帷幕。
7.根据权利要求1所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：该黏土心墙坝坝顶部位为加筋区，加筋区在不同高程间隔分层铺设有若干加筋带；所述加筋带具有钢筋和若干浇筑于该钢筋上的混凝土锚固块。
8.根据权利要求1所述的具有防渗自愈功能的黏土心墙坝，其特征在于：该黏土心墙坝上、下游坝面上设有钢筋混凝土网格梁，所述加筋带与钢筋混凝土网格梁节点锚固。
9.一种权利要求1～8任意一项所述黏土心墙坝的施工方法，其特征在于：
根据地震分析成果，预测坝体可能存在的最大错动宽度B；
初拟大坝体型，进行抗震稳定分析，确定上下游坝坡，复核加筋措施；
进行坝基开挖，施工混凝土底板及廊道；
在钢筋混凝土底板盖重作用下对底板下方岩石基础进行固结灌浆施工；
分层碾压填筑坝体；
填筑至坝顶加筋区后，按照设计的高程间隔分层铺设加筋带；
每填筑10～20m进行上下游坝坡坡面修整；
填筑至坝顶后，修建坝顶防浪墙，填筑坝顶过渡料和路面混凝土；
进行上下游坡面钢筋混凝土网隔梁和梁内填土植草施工；
大坝填筑后期，适时通过廊道进行帷幕灌浆施工。
10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述铺设加筋带包括：
在加筋带铺设面上开挖深度为锚固块高度一半的坑，铺设钢筋后浇筑锚早强混凝土形成接于钢筋上混凝土锚固块，在锚固块的表面铺设一层过渡层。
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