CN113279374A - 一种堆石坝顶部抗震防浪结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆石坝顶部抗震防浪结构及施工方法，属于水利水电工程技术领域。该结构包括堆石坝，所述堆石坝的顶部设有马鞍型抗震防护板组件，所述马鞍型抗震防护板组件通过水泥砂浆锚杆与堆石坝连接，所述马鞍型抗震防护板组件上设有Z型防浪墙。利用Z型防浪墙顶部的外伸前缘使涌浪爬坡水体受到阻碍反向回落，不致形成库水翻坝危险。马鞍型抗震防护板组件与其他常规抗震加固措施联合发挥作用，可有效限制地震作用下“鞭鞘”效应最强的坝顶区域侧向失稳滑移，提升大坝整体抗震稳定性。适用于地震和滑坡涌浪不可预见灾害的预防，技术可行、施工方便、投资较省，满足现行设计规范要求，且安全富裕度更高。

Description

一种堆石坝顶部抗震防浪结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种堆石坝顶部抗震防浪结构及施工方法，属于水利水电工程技术领域。

背景技术

众所周知，堆石坝具有就地取材、经济安全且对地形地质条件适应性强等优点，成为非常有竞争力的坝型。但与重力坝、拱坝等相比，堆石坝不允许发生库水漫顶事故，一旦漫顶将有可能诱发溃坝，带来巨大的灾害损失。

我国西部地区水能资源丰富，适合修建高坝大库工程，但地处喜马拉雅山-地中海地震带，地质条件相对复杂且地震烈度较高，地震活动相对频繁。受青藏高原冰川溶蚀、高山崩塌堆积的长期自然作用，诸多工程库区均存在大型或巨型滑坡体或堆积体，水库蓄水后可能出现整体或局部塌岸、滑坡事件，带来坝前库水涌浪问题。因此，地震和滑坡涌浪是藏区工程面临不可预见灾害中的两种重要挑战。鉴于堆石坝库水漫顶的巨大危害性，我国现行《碾压式土石坝设计规范》明确要求：“地震区土石坝安全超高应增加地震涌浪高度和地震沉陷；库区内有大体积塌岸、滑坡，并在坝前形成涌浪时，坝顶超高应进行专门研究”。

工程经验表明，堆石坝在距坝顶(1/5～1/4)坝高范围内是地震“鞭鞘”效应最为强烈的部位，地震破坏形式主要为坝顶永久沉陷、浅表层滑坡、滚石等。为了提高抗震能力，现代堆石坝主要在上述范围内采取坝面加固(大干砌块石、浆砌石护坡、坝面扁钢)和坝内加固(土工格栅、坝内钢筋、混凝土框格梁等)相结合的抗震加固措施，但由于经受强震考验的工程极少，上述抗震措施的有效性亟待检验。对库区滑坡涌浪的预防，多数采取避让或增大坝顶安全超高的方式解决，此方法将会带来工程量及投资的增加，不利于较好地发挥堆石坝的经济优势。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种堆石坝顶部抗震防浪结构及施工方法。

本发明通过以下技术方案得以实现：

一种堆石坝顶部抗震防浪结构，包括堆石坝，所述堆石坝的顶部设有马鞍型抗震防护板组件，所述马鞍型抗震防护板组件通过水泥砂浆锚杆与堆石坝连接，所述马鞍型抗震防护板组件上设有Z型防浪墙。

所述堆石坝为心墙堆石坝或面板堆石坝，心墙堆石坝包括防渗心墙和设在防渗心墙两侧的坝壳堆石区，且坝壳堆石区与防渗心墙的顶面共面，面板堆石坝包括钢筋混凝土面板和设在钢筋混凝土面板下游的坝壳堆石区。

所述马鞍型抗震防护板组件包括抗震防护上游板、抗震防护下游板和抗震防护顶板，抗震防护下游板通过抗震防护顶板与抗震防护上游板连接，抗震防护上游板和抗震防护下游板分别通过水泥砂浆锚杆与坝壳堆石区锚固连接。

所述马鞍型抗震防护板组件上还设有坝顶下游挡墙。

所述马鞍型抗震防护板组件上在Z型防浪墙和坝顶下游挡墙之间设有回填路面层。

所述马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙和坝顶下游挡墙为一体浇筑成型的钢筋混凝土结构。

所述Z型防浪墙顶设置伸向上游库内的前缘结构，Z型防浪墙的内角处采用圆弧平滑过渡。

一种堆石坝顶部抗震防浪结构的施工方法，包括以下主要步骤：

步骤1、施工时机的选择：待监测到堆石坝坝顶沉降速率小于5mm/月后，开始施工抗震防浪结构；

步骤2、削坡整形：填筑完成的坝坡经削坡整形后，沿坡面均匀布置预留槽，预留槽的深度与马鞍形抗震防护板的厚度偏差控制在±3mm范围内；

步骤3、变形结构缝的确定：马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙和坝顶下游挡墙均不留纵向结构缝，但沿坝轴纵向按每隔20～30m的间距设置横向变形结构缝，以适应坝顶不均匀沉降；

步骤4、马鞍型抗震防护板组件与堆石坝锚固：在马鞍型抗震防护板组件结构钢筋绑扎完成后，沿上下游坡面植入5～8m长的水泥砂浆锚杆，水泥砂浆锚杆直径φ不小于28mm，间排距为2.5m×2.5m，呈梅花形布置，且抗震防护上游板、抗震防护下游板的结构钢筋分别与上、下游坝壳堆石区中的水泥砂浆锚杆焊接；

步骤5、混凝土浇筑：马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙和坝顶下游挡墙三者整体浇筑，不留纵向结构缝；

步骤6、岸坡连接处理：顶部抗震防浪结构与左右岸坡的连接采取柔性连接或不连接方式，除面板坝上游两岸采用常规周边缝连接外，其他部位保持与坝基自然接触即可；

步骤7、回填路面层施工：完成坝顶回填路面层施工。

所述步骤1中若堆石坝为面板堆石坝，则抗震防护上游板与最后一期钢筋混凝土面板同时施工；所述步骤3中若堆石坝为面板堆石坝，横向变形结构缝的分缝位置与面板垂直缝相同；所述步骤4中若堆石坝为面板堆石坝，在抗震防护上游板、Z型防浪墙的分缝部位架设铜片止水措施；所述步骤5中沿坝轴向混凝土的浇筑，根据横向变形结构缝的布置情况，采取跳仓方式浇筑混凝土。

本发明的有益效果在于：

1、利用Z型防浪墙顶部的外伸前缘使涌浪爬坡水体受到阻碍反向回落，不致形成库水翻坝危险。

2、马鞍型抗震防护板组件与其他常规抗震加固措施联合发挥作用，可有效限制地震作用下“鞭鞘”效应最强的坝顶区域侧向失稳滑移，提升大坝整体抗震稳定性。

3、适用于地震和滑坡涌浪不可预见灾害的预防，技术可行、施工方便、投资较省，满足现行设计规范要求，且安全富裕度更高。

附图说明

图1为本发明的抗震防浪结构应用于心墙堆石坝的结构示意图；

图2为本发明的抗震防浪结构应用于面板堆石坝的结构示意图；

图3为本发明的堆石坝顶部抗震防浪结构示意图。

图中：1-坝壳堆石区，2-防渗心墙，3-抗震防护上游板，4-抗震防护顶板，5-抗震防护下游板，6-Z型防浪墙，7-坝顶下游挡墙，8-水泥砂浆锚杆，9-回填路面层，10-钢筋混凝土面板。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1至图3所示，本发明所述的一种堆石坝顶部抗震防浪结构，包括堆石坝，所述堆石坝的顶部设有马鞍型抗震防护板组件，所述马鞍型抗震防护板组件通过水泥砂浆锚杆8与堆石坝连接，所述马鞍型抗震防护板组件上设有Z型防浪墙6。通过马鞍型抗震防护板组件与其他常规抗震加固措施联合发挥作用，限制地震作用下“鞭鞘”效应最强的坝顶区域侧向失稳滑移，以提升大坝的整体抗震稳定性。通过Z型防浪墙6使涌浪爬坡水体受到阻碍反向回落，避免库水翻坝威胁坝体安全。

所述堆石坝为心墙堆石坝或面板堆石坝，心墙堆石坝包括防渗心墙2和设在防渗心墙2两侧的坝壳堆石区1，且坝壳堆石区1与防渗心墙2的顶面共面，面板堆石坝包括钢筋混凝土面板10和设在钢筋混凝土面板10下游的坝壳堆石区1。

所述马鞍型抗震防护板组件包括抗震防护上游板3、抗震防护下游板5和抗震防护顶板4，抗震防护下游板5通过抗震防护顶板4与抗震防护上游板3连接，抗震防护上游板3和抗震防护下游板5分别通过水泥砂浆锚杆8与坝壳堆石区1锚固连接。

所述马鞍型抗震防护板组件上还设有坝顶下游挡墙7。

所述马鞍型抗震防护板组件上在Z型防浪墙6和坝顶下游挡墙7之间设有回填路面层9。

所述马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙6和坝顶下游挡墙7为一体浇筑成型的钢筋混凝土结构。

所述Z型防浪墙6顶设置伸向上游库内的前缘结构，Z型防浪墙6的内角处采用圆弧平滑过渡。

一种堆石坝顶部抗震防浪结构的施工方法，包括以下主要步骤：

步骤1、施工时机的选择：待监测到堆石坝坝顶沉降速率小于5mm/月后，开始施工抗震防浪结构；

步骤2、削坡整形：填筑完成的坝坡经削坡整形后，沿坡面均匀布置预留槽，预留槽的深度与马鞍形抗震防护板的厚度偏差控制在±3mm范围内；

步骤3、变形结构缝的确定：马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙6和坝顶下游挡墙7均不留纵向结构缝，但沿坝轴纵向按每隔20～30m的间距设置横向变形结构缝，以适应坝顶不均匀沉降；

步骤4、马鞍型抗震防护板组件与堆石坝锚固：在马鞍型抗震防护板组件结构钢筋绑扎完成后，沿上下游坡面植入5～8m长的水泥砂浆锚杆8，水泥砂浆锚杆8直径φ不小于28mm，间排距为2.5m×2.5m，呈梅花形布置，且抗震防护上游板3、抗震防护下游板5的结构钢筋分别与上、下游坝壳堆石区1中的水泥砂浆锚杆8焊接；

步骤5、混凝土浇筑：马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙6和坝顶下游挡墙7三者整体浇筑，不留纵向结构缝；

步骤6、岸坡连接处理：顶部抗震防浪结构与左右岸坡的连接采取柔性连接或不连接方式，除面板坝上游两岸采用常规周边缝连接外，其他部位保持与坝基自然接触即可；

步骤7、回填路面层施工：完成坝顶回填路面层9施工。

所述步骤1中若堆石坝为面板堆石坝，则抗震防护上游板3与最后一期钢筋混凝土面板10同时施工；所述步骤3中若堆石坝为面板堆石坝，横向变形结构缝的分缝位置与面板垂直缝相同；所述步骤4中若堆石坝为面板堆石坝，在抗震防护上游板3、Z型防浪墙6的分缝部位架设铜片止水措施；所述步骤5中沿坝轴向混凝土的浇筑，根据横向变形结构缝的布置情况，采取跳仓方式浇筑混凝土。

本发明提供的堆石坝顶部抗震防浪结构，一是在马鞍型抗震防护板组件上设置Z型防浪墙6，利用Z型防浪墙6顶部的外伸前缘使涌浪爬坡水体受到阻碍反向回落，不致形成库水翻坝危险；二是将抗震防护板组件、坝顶下游挡墙7和Z型防浪墙6整浇，并通过水泥砂浆锚杆8将马鞍型抗震防护板组件与坝壳堆石区1锚固在一起，使四者互为一体、受力变形相互适应，在地震作用下，通过抗震防护上游板3、抗震防护下游板5限制地震作用下“鞭鞘”效应最强的坝顶区域侧向失稳滑移，提升大坝整体抗震稳定性。

实施例：

本发明提供的抗震防浪结构主要应用于心墙堆石坝和面板堆石坝：

如图1所示，应用于心墙堆石坝时，抗震防浪结构布置在坝体顶部，保持抗震防护上游板3和抗震防护下游板5与堆石坝坝面平整一致。

如图2所示，应用于面板堆石坝时，抗震防浪结构布置在坝体顶部，抗震防护上游板3兼作挡水面板的一部分，与最后一期钢筋混凝土面板10整体浇筑；保持抗震防护下游板5与堆石体坝面平整一致。

抗震防护上游板3和抗震防护下游板5的高度为H1，取H1＝L，L为坝顶宽度；如图2所示，抗震防护顶板4的顺河向长度，取坝顶宽度L。

防浪墙6超出坝顶高程的高度为L1，取L1＝1.2m；坝顶距马鞍形抗震防护板的高度为L2，取L2＝0.8～1.0m；坝顶下游挡墙7的高度也取L2；如图3所示，防浪墙6伸向上游库内的前缘长度为L3，取L3＝0.8～1.2m；防浪墙6的弯折部位内侧宜设置半径为R＝50cm的水力过渡圆弧，使防浪墙6前缘与竖墙平顺连接。

抗震防护上游板3的厚度为t1，心墙堆石坝取t1＝0.5m，面板堆石坝取t1＝0.3+0.0035H，H为坝顶以下的坝高(m)；抗震防护顶板4厚度t2、抗震防护下游板5厚度t3均取0.5m；防浪墙6的厚度t4取0.5m，坝顶下游挡墙7厚度t5取0.3～0.5m。

除堆石坝外，抗震防浪结构为钢筋混凝土现浇结构，混凝土的强度标号不低于C25，双向配筋率均不小于0.4％。

结构分缝与止水。马鞍形抗震防护板、防浪墙6、坝顶下游挡墙7三者整体浇筑，不留纵向结构缝；但沿坝轴纵向需按每隔20～30m间距设置横向变形结构缝，以适应坝顶不均匀沉降。对于面板堆石坝，分缝位置宜与面板垂直缝相同，且上游分缝部位应设置铜片止水措施。

与常规抗震加固措施的关系。除了本发明所述的马鞍形抗震防护板外，在距坝顶1/5～1/4坝高范围内，仍需布置其他常规坝面抗震加固措施：①在马鞍形抗震防护板加固范围之外，布置常规坝面抗震加固措施；②坝体内部抗震加固措施布置原则，不受马鞍形抗震防护板的影响；③马鞍形抗震防护板应与其他坝面、坝内抗震加固措施牢固连接形成整体，以提升大坝整体抗震稳定性。

Claims (10)

1.一种堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：包括堆石坝，所述堆石坝的顶部设有马鞍型抗震防护板组件，所述马鞍型抗震防护板组件通过水泥砂浆锚杆(8)与堆石坝连接，所述马鞍型抗震防护板组件上设有Z型防浪墙(6)。

2.如权利要求1所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述堆石坝为心墙堆石坝或面板堆石坝，心墙堆石坝包括防渗心墙(2)和设在防渗心墙(2)两侧的坝壳堆石区(1)，且坝壳堆石区(1)与防渗心墙(2)的顶面共面；面板堆石坝包括钢筋混凝土面板(10)和设在钢筋混凝土面板(10)下游的坝壳堆石区(1)。

3.如权利要求1所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述马鞍型抗震防护板组件包括抗震防护上游板(3)、抗震防护下游板(5)和抗震防护顶板(4)，抗震防护下游板(5)通过抗震防护顶板(4)与抗震防护上游板(3)连接，抗震防护上游板(3)和抗震防护下游板(5)分别通过水泥砂浆锚杆(8)与坝壳堆石区(1)锚固连接。

4.如权利要求3所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述马鞍型抗震防护板组件上还设有坝顶下游挡墙(7)。

5.如权利要求4所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述马鞍型抗震防护板组件上在Z型防浪墙(6)和坝顶下游挡墙(7)之间设有回填路面层(9)。

6.如权利要求4所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙(6)和坝顶下游挡墙(7)为一体浇筑成型的钢筋混凝土结构。

7.如权利要求6所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙(6)和坝顶下游挡墙(7)均不留纵向结构缝，但沿坝轴纵向按每隔20～30m的间距设置横向变形结构缝，面板堆石坝的分缝位置与面板垂直缝相同，且抗震防护上游板(3)、Z型防浪墙(6)为上游防渗区，分缝部位设置铜片止水措施。

8.如权利要求1所述的堆石坝顶部抗震防浪结构，其特征在于：所述Z型防浪墙(6)顶设置伸向上游库内的前缘结构，Z型防浪墙(6)的内角处采用圆弧平滑过渡。

9.一种堆石坝顶部抗震防浪结构的施工方法，其特征在于：包括以下主要步骤：

步骤1、施工时机的选择：待监测到堆石坝坝顶沉降速率小于5mm/月后，开始施工抗震防浪结构；

步骤2、削坡整形：填筑完成的坝坡经削坡整形后，沿坡面均匀布置预留槽，预留槽的深度与马鞍形抗震防护板的厚度偏差控制在±3mm范围内；

步骤3、变形结构缝的确定：马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙(6)和坝顶下游挡墙(7)均不留纵向结构缝，但沿坝轴纵向按每隔20～30m的间距设置横向变形结构缝，以适应坝顶不均匀沉降；

步骤4、马鞍型抗震防护板组件与堆石坝锚固：在马鞍型抗震防护板组件结构钢筋绑扎完成后，沿上下游坡面植入5～8m长的水泥砂浆锚杆(8)，水泥砂浆锚杆(8)直径φ不小于28mm，间排距为2.5m×2.5m，呈梅花形布置，且抗震防护上游板(3)、抗震防护下游板(5)的结构钢筋分别与上、下游坝壳堆石区(1)中的水泥砂浆锚杆(8)焊接；

步骤5、混凝土浇筑：马鞍型抗震防护板组件、Z型防浪墙(6)和坝顶下游挡墙(7)三者整体浇筑，不留纵向结构缝；

步骤6、岸坡连接处理：顶部抗震防浪结构与左右岸坡的连接采取柔性连接或不连接方式，除面板坝上游两岸采用常规周边缝连接外，其他部位保持与坝基自然接触即可；

步骤7、回填路面层施工：完成坝顶回填路面层(9)施工。

10.如权利要求9所述的堆石坝顶部抗震防浪结构的施工方法，其特征在于：所述步骤1中若堆石坝为面板堆石坝，则抗震防护上游板(3)与最后一期钢筋混凝土面板(10)同时施工；所述步骤3中若堆石坝为面板堆石坝，横向变形结构缝的分缝位置与面板垂直缝相同；所述步骤4中若堆石坝为面板堆石坝，在抗震防护上游板(3)、Z型防浪墙(6)的分缝部位架设铜片止水措施；所述步骤5中沿坝轴向混凝土的浇筑，根据横向变形结构缝的布置情况，采取跳仓方式浇筑混凝土。

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