[發明專利]一種土石壩的抗震組合面板及其施工方法

有效

• 申請號: 201010163299.4
• 申請日: 2010-05-05
• 公開（公告）號: CN101831889A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 劉漢龍;丁選明;肖楊;朱俊高;于陶
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B7/06
• 分類號: E02B7/06;E02B3/12;E04B1/98
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸志斌

技術領域

本發明屬于水利工程技術領域，涉及一種土石壩面板及其施工方法，特別涉及一種土石壩的抗震組合面板及其施工方法。

背景技術

水電作為綠色可再生能源受到極大的重視，當前我國水電開發出現了前所未有的高潮。面板堆石壩因其具有可充分利用當地天然材料，能適應不同的地質條件，施工方法比較簡便等優點而得到青睞。以西部大開發中高土石壩建設為代表的水電工程對土石壩設計提出了更高的要求，土石壩的高度已由幾十米發展到百米級、二百米級，乃至三百米級，如水布椏232米高面板堆石壩，江坪河225米高面板堆石壩等。這些工程多位于我國西部，由于壩高庫大，壩址所在地區地形地質條件復雜，地震烈度高，環境惡劣，一旦失事，將產生災難性的后果。面板是面板堆石壩防滲的重要結構，地震過程中面板的破壞與否直接關系到整個大壩的安全。

本發明之前，傳統的面板有鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板。傳統的混凝土面板采用單層面板設計，只設計縱縫，沿縱向分開面板，而橫向施工縫中的鋼筋是通長的，因此并沒有橫縫，面板沿縱向分成“條狀結構”。由于混凝土面板具有比堆石體更高的模量，適應變形的能力差，混凝土和堆石體兩種材料變形不協調，墊層和堆石體變形過大會導致面板脫空，且這種類型的面板在地震過程中容易產生較大的應力，從而導致開裂、扭曲、錯動等破壞，抗震能力差。如“5.12”汶川大地震中紫坪鋪面板堆石壩產生震陷74cm，水平位移36cm，上游防滲面板發生張裂、扭曲變形，面板中的鋼筋出現彎折，震害嚴重，嚴重威脅下游人民的生命安全和物質財產安全。傳統的瀝青混凝土面板雖然比鋼筋混凝土面板具有更好的適應變形的能力，但瀝青材料不可避免的存在老化的問題，瀝青混凝土面板表面長期與水接觸或者暴露在空氣中，容易老化。在嚴冬低溫季節，瀝青材料易破碎，其強度難以承受由低溫收縮引起的拉伸應力，容易引起面板的開裂，而在高溫季節，瀝青混凝土又易膨脹和軟化，使得強度降低。目前石油價格高居不下，瀝青混凝土面板厚度大，需要較多了瀝青材料，因此造價較高。在上游壩坡的斜坡上施工，攤鋪不方便，影響施工進度。

傳統的堆石壩面板設計理念為通過提高面板的強度和抵抗變形的能力來防止面板的開裂破壞。題為“混凝土面板堆石壩雙層面板抗裂技術探討”的學術論文(牟聲遠等，水力發電，2008年第1期)提出了一種瀝青混凝土面板與普通混凝土面板組合的雙層面板結構，使上下層面板解除約束，釋放變形，減小面板拉應力，實現面板抗裂變形與防滲功能分割。但該文獻提出的面板結構是整塊的面板結構形式，這種面板雖然能在一定程度上適應施工期自重作用下的撓曲變形，但對于地震作用下的剪切、扭曲、張裂等變形毫無適應能力，且文獻中也沒有提及該面板結構在實際工程施工中的具體實施方法。這種面板結構的上、下兩層面板直接接觸，沒有設置過渡材料，由于兩種材料模量的差異，在兩種材料接觸處容易產生應力集中導致局部的裂縫和破壞。這種雙層面板結構的下層混凝土面板剛度很大，在地震中承擔了較大的作用力，容易產生破壞，下層混凝土面板在地震中破壞后，上層瀝青混凝土將難以承受下層面板破壞后的不均勻變形，使上層瀝青混凝土面板也遭到破壞。

發明內容

本發明的目的在于克服上述傳統面板抵抗地震變形能力差的缺陷，提出一種土石壩的抗震組合面板，該組合面板能適應地震作用下產生的開裂、扭曲、錯動等變形。

本發明的另一目的在于提供所述組合面板在實際工程應用中的施工方法。

本發明采用以下技術方案實現：

一種土石壩的抗震組合面板，其主要技術特征在于：組合面板由上、下兩層混凝土面板和瀝青層組成；所述的混凝土面板由矩形混凝土塊組合而成，矩形混凝土塊之間預留縱向和橫向分縫；上、下兩層混凝土面板的混凝土塊采用交錯方式排列；上、下兩層混凝土面板之間為瀝青層；各矩形混凝土塊間的橫縫和縱縫都采用瀝青充填。

所述的矩形混凝土塊形狀相同，優選邊長為12～18m，厚度為0.2～0.4m。混凝土塊之間縱向和橫向分縫的縫寬為1～2cm。

所述的瀝青層厚度優選2～5cm。

本發明還涉及所述抗震組合面板的施工方法，包括以下步驟：

(1)填筑第一級壩體、過渡層和墊層；

(2)第一級壩體以及過渡層和墊層施工到第一級高程后，在墊層表面鋪設5～10cm厚的瀝青砂漿，鋪設位置為第一級組合面板的下層混凝土面板分縫處；

(3)根據高程自下而上澆筑或鋪設預制的組成第一級下層混凝土面板的矩形混凝土塊，矩形混凝土塊之間預留縱縫和橫縫；