CN117306464A - 一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法 - Google Patents

一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土石坝建筑技术领域,提供一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,步骤包括:1)提出分期复合式防渗墙设计和施工方法,一期防渗墙采用开挖成槽与直升式导管法浇筑,二期防渗墙采用顶部拓宽的钢‑混凝土组合结构,并通过现浇法完成施工。2)坝体填筑至坝顶,在蓄水前完成混凝土防渗面板浇筑、连接板及接缝止水施工。本发明的有益效果在于:二期防渗墙提高了该段墙体的抗拉强度和刚度,能有效限制墙体的变形,并大幅降低受拉开裂的风险;同时,二期防渗墙也增强了整个墙体的刚度,可降低一期防渗墙顶部拉应力幅值,抑制裂纹萌生及扩展,提升一期防渗墙的抗裂安全裕度。

Description

一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法
技术领域
本发明属于土石坝建筑技术领域,具体公开了一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法。
背景技术
随着我国西部水电开发战略持续深入,坝址区深厚覆盖层地基条件难以避免,且基于此类地质条件已建及拟建多座土石坝工程。混凝土面板堆石坝具有工程造价低、建设经验丰富、运行期检修条件好等优势,已成为建设的主要推荐坝型之一。其中防渗体系是控制混凝土面板堆石坝的关键防线,对大坝长期运维安全的影响至关重要。
目前,深厚覆盖层上混凝土面板堆石坝防渗体系主要由混凝土面板、趾板、连接板和防渗墙及各部件间接缝止水结构组成。其中,防渗墙受多源荷载联合作用,受力状态极为复杂,具体表现为:两岸嵌入基岩段受基岩顶托作用,覆盖层中墙体受上部水压力、周边土体摩阻力、底部覆盖层支撑力等。在上述荷载作用下,防渗墙呈现出中部竖向变形大、两端变形小的现象,将在两岸墙体顶部出现一定范围受拉区。实例分析表明,深厚覆盖层上面板堆石坝的防渗墙拉应力已达到10MPa,远超混凝土抗拉强度,严重威胁防渗体系安全。如何通过改良设计以降低防渗墙拉应力和增强墙体抗裂性能是保障大坝工程安全运营的关键任务。
发明内容
本发明旨在提供一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,降低防渗墙拉应力幅值,抑制墙体裂纹萌生及扩展,提高防渗墙抵抗开裂的能力。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,根据功能需求,提出将防渗墙分区为防渗结构与承载结构的复合式设计并施工,即采用分期复合式防渗墙设计和施工方法,包括以下步骤:
1)一期混凝土防渗墙1采用开挖成槽与直升式导管法浇筑,将其垂向布置于覆盖层7内部,其核心功能是防渗;
2)二期防渗墙2采用顶部拓宽的钢-混凝土组合结构,并通过现浇法完成施工,将其浇筑于一期混凝土防渗墙1顶部,主要功能是承载,即抑制一期墙体顶部变形并降低拉应力幅值,提高一期墙体抵抗开裂的能力。并对一期混凝土防渗墙1与二期防渗墙2之间交界面施工进行质量检查:如果符合标准则进行步骤3);如果低于质量标准,则在一期混凝土防渗墙1顶端区域重新埋入钢筋,埋入深度与范围需结合实际情况断定。所述质量检查的标准为一期混凝土防渗墙1顶部构造筋要预留嵌入量,且不低于一期混凝土防渗墙1宽度的0.5倍。
3)坝体填筑至坝顶,浇筑混凝土防渗面板3,覆盖层7表面位于混凝土防渗面板3与二期防渗墙2之间布置混凝土趾板4、混凝土连接板5、接缝止水6;并在蓄水前完成混凝土防渗面板3浇筑、混凝土连接板5及接缝止水6的施工。
进一步的,所述步骤1)中,以防渗墙中轴线为中心建立施工场地,沿防渗墙轴线将覆盖层7开挖成槽,通过直升式导管法浇筑普通混凝土,完成一期防渗墙1施工。
进一步的,所述步骤3)中,采用滑模施工方法浇筑混凝土面板3。
进一步的,所述步骤3)中,所述的二期防渗墙2与第一个连接板5之间、相邻连接板5之间、最后一个连接板5与混凝土趾板4之间、混凝土趾板4与混凝土防渗面板3之间的连接缝处设置止水铜片,缝间填充柔性填料和木板。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提出将防渗墙分区为防渗结构与承载结构的复合式设计并施工,以此降低防渗墙运行期受拉开裂的风险。主要体现在二期防渗墙采用顶部拓宽的钢-混凝土组合结构,能够显著提高墙体抗拉强度与刚度,具有良好的控裂效果;同时二期防渗墙可降低一期防渗墙顶部拉应力幅值,提升一期墙体的抗裂安全裕度。
附图说明
图1是本发明计算示例中深厚覆盖层上面板堆石坝防渗体结构示意图;
图2是本发明分期防渗墙沿坝轴向剖面布置设计示意图;
图3为防渗墙原设计方案设计示意图;
图中标号:1一期混凝土防渗墙;2二期防渗墙(钢-混凝土组合结构);3混凝土防渗面板;4混凝土趾板;5混凝土连接板;6接缝止水;7覆盖层(地基土);8坝体堆石料。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。但应当说明的是,以下对本发明及其型式的描述没有限制性,实际的型式并不局限于此。总而言之,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
本实例提供了一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙设计及施工方法,具体介绍依次如下:
如图1所示,本发明所述防渗墙结构分为两期设计和施工,其中一期混凝土防渗墙1设置于覆盖层7内部,核心功能是防渗。二期防渗墙2采用钢-混凝土组合结构,主要作用是提高墙体整体刚度、抑制墙体开裂并减小一期墙体顶部拉应力幅值。下面详细介绍各部分设计及施工步骤。
1)以防渗墙中轴线为中心建立施工场地,通过抓斗或液压铣施工,沿防渗墙轴线将覆盖层7开挖成槽;然后通过直升式导管法浇筑普通混凝土,完成一期混凝土防渗墙1施工。
2)如图2所示,在一期混凝土防渗墙1顶部,左岸长度l1、右岸长度l2,高度为h,厚度为d的范围内架设模具,并采用钢-混凝土组合结构,完成二期防渗墙2施工。并对一期混凝土防渗墙1与二期防渗墙2之间交界面施工进行质量检查:确保一期混凝土防渗墙1顶部构造筋的预留嵌入量不低于一期混凝土防渗墙1宽度的0.5倍。
3)开始坝体逐层填筑施工,直至坝顶;采用滑模施工方法浇筑混凝土面板3;浇筑完成后,开始混凝土连接板5施工;并在连接板5与二期防渗墙2之间、相邻连接板5之间、连接板5与混凝土趾板4之间、混凝土趾板4与混凝土防渗面板3之间、混凝土防渗面板3周边缝及混凝土防渗面板3垂直缝施工。
下面以某工程为实例进行研究,说明本发明提出防渗墙抗裂设计型式的改善效果。某大坝为深厚覆盖层上面板堆石坝,最大坝高150m,坝顶宽度14m。坝体上游坝坡1:1.6,下游坝坡1:1.8。上游混凝土面板厚度从顶至底按0.4+0.0035H变化,其中H为坝高。下游坝坡面采用1m厚干砌石护坡。采用悬挂式防渗墙结构设计,其深度为140m,厚度为1.4m,两岸嵌入基岩段厚1m。防渗墙顶部通过两块长4m的连接板与趾板连接。具体操作过程介绍如下:
1)以防渗墙中轴线为中心建立施工场地,通过抓斗或液压铣施工,沿防渗墙轴线将覆盖层7开挖成槽(开挖深度为140m,厚度为1.4m,顶部坝轴向长度为1870m,底部坝轴向长度为1450m);然后通过直升式导管法浇筑普通混凝土,完成一期混凝土防渗墙1施工。
2)基于数模分析结果,在一期混凝土防渗墙1顶部,左岸长度l1=330m、右岸长度l2=280m范围内架设模具,并采用钢-混凝土组合结构(高度h=5m,厚度d=4.2m,即3倍防渗墙厚度),完成二期防渗墙3施工。
3)开始坝体逐层填筑施工,直至坝顶;采用滑模施工方法浇筑混凝土面板3;浇筑完成后,开始连接板5施工;开始连接板5与防渗墙2之间、连接板5与连接板5之间、连接板5与混凝土趾板4之间、混凝土趾板4与混凝土防渗面板3之间、混凝土防渗面板3周边缝及混凝土防渗面板3垂直缝施工。
采用本发明提出的方法对该工程进行了防渗墙改进设计,并开展了运行期数模分析,其中防渗墙顶部最大拉应力计算值见表1,可以看出:本发明提出的设计有效降低了防渗墙顶部拉应力幅值(本算例可降低拉应力幅值38.5%),增加了一期墙体的抗裂安全裕度。
其中,作为对比例的防渗墙原设计方案(见图3)与本发明设计方案的差异是:仅有一期防渗墙1,没有在靠近两岸的局部区域设置二期防渗墙2,即没有设置顶部拓宽的钢-混凝土组合结构,因此,原设计防渗墙在整体刚度和拉应力控制方面均弱于本发明。
表1
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式,但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制,应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,其特征在于,将防渗墙分区为防渗结构与承载结构的复合式设计并施工,即采用分期复合式防渗墙设计和施工方法。
2.根据权利要求1所述的一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,其特征在于,包括以下步骤,
1)一期混凝土防渗墙(1)采用开挖成槽与直升式导管法浇筑,将其垂向布置于覆盖层(7)内部,其核心功能是防渗;
2)二期防渗墙(2)采用顶部拓宽的钢-混凝土组合结构,并通过现浇法完成施工,将其浇筑于一期混凝土防渗墙(1)顶部,主要功能是承载,即抑制一期墙体顶部变形并降低拉应力幅值,提高一期墙体抵抗开裂的能力;并对一期混凝土防渗墙(1)与二期防渗墙(2)之间交界面施工进行质量检查;
3)坝体填筑至坝顶,浇筑混凝土防渗面板(3),覆盖层(7)表面位于混凝土防渗面板(3)与二期防渗墙(2)之间布置混凝土趾板(4)、混凝土连接板(5)、接缝止水(6);并在蓄水前完成混凝土防渗面板(3)浇筑、混凝土连接板(5)及接缝止水(6)的施工。
3.根据权利要求2所述的一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,其特征在于,所述步骤1)中,以防渗墙中轴线为中心建立施工场地,沿防渗墙轴线将覆盖层(7)开挖成槽,通过直升式导管法浇筑普通混凝土,完成一期防渗墙(1)施工。
4.根据权利要求2所述的一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,其特征在于,所述的步骤2中,质量检查后,如果符合标准则进行步骤3);如果低于质量标准,则在一期混凝土防渗墙1顶端区域重新埋入钢筋,埋入深度与范围需结合实际情况断定。
5.根据权利要求2所述的一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,其特征在于,所述步骤3)中,采用滑模施工方法浇筑混凝土面板(3)。
6.根据权利要求2所述的一种深厚覆盖层上面板堆石坝抗裂防渗墙的设计及施工方法,其特征在于,所述步骤3)中,所述的二期防渗墙(2)与第一个连接板(5)之间、相邻连接板(5)之间、最后一个连接板(5)与混凝土趾板(4)之间、混凝土趾板(4)与混凝土防渗面板(3)之间的连接缝处设置止水铜片,缝间填充柔性填料和木板。
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