高底座沥青混凝土心墙坝的制作方法
【专利摘要】本发明涉及高底座沥青混凝土心墙坝，其特征是：它是由高底座、心墙、沥青混凝土防渗墙的基座、过渡1区、过渡2区、堆石1区、堆石2区、河床低压缩材料区和防浪墙组成，心墙设置在沥青混凝土防渗墙的基座上，沥青混凝土防渗墙的基座设置在高底座上，心墙顶部，即坝顶处设置有防浪墙；两个过渡1区分别设置在心墙的上游侧和下游侧并与心墙紧贴；在两个过渡1区外侧均设置有过渡2区；过渡1区、过渡2区与心墙高度相等；所述的高底座高度在10m以上。充分发挥沥青混凝土、高底座、低压缩材料和堆石料的各自优点和综合优势，从技术上解决下部狭窄、上部宽阔河谷高沥青混凝土心墙堆石坝的可行性问题，而且能明显增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高底座浙青混凝土心墙坝，属于水电水利工程水工建筑物技术领 域。 高底座沥青混凝土心墙坝
【背景技术】
[0002] 随着水电战略的实施，在水能资源丰富的西南、西北地区，一大批高坝已建、在建 或待建。土石坝是当今坝工建设中最常见的一种坝型，也是发展最快的一种坝型，约占已建 大坝总数的95%以上。全世界坝高超过15m的土石坝有29000多座，其中我国拥有15000 余座，主要包括均质土坝、心墙坝和混凝土面板堆石坝等。
[0003] 土质防渗堆石坝在我国的发展早于混凝土面板坝，建设数量也较混凝土面板坝 多。在上世纪70年代之前建设的土质防渗堆石坝绝大多数坝高不大于80m。直到上世纪70 年代末80年代初甘肃碧口、陕西石头河两座土石坝相继建成投运，使土质防渗堆石坝坝高 在国内突破l〇〇m(碧口坝高101. 8m、石头河坝高104m)。其后建成投运的坝高大于100m的土 质防渗堆石坝有：云南鲁布革风化料心墙坝，坝高103. 8m ;陕西黑河金盆水库，坝高130m ; 黄河小浪底斜心墙土石坝，坝高167m ;四川绵阳水牛家水电站心墙堆石坝，坝高108m ;四川 狮子坪水电站碎石土心墙堆石坝，坝高136m ;新疆恰布其海心墙堆石坝，坝高125m。国内在 建的土质防渗堆石坝坝高已达200m?250m级，瀑布沟水电站心墙堆石坝坝高186m，糯扎渡 水电站心墙堆石坝坝高261. 5m。目前正在设计(预可、可研）的坝高大于200m的心墙堆石 坝工程主要有双江口（坝高332m、可研)、两河口（坝高270m、可研)、苗家坝(坝高263m，此方 案只完成预可研，现采用低坝开发方案，混凝土面板坝坝高ll〇m)、长河坝(坝高238m、可研） 等工程。
[0004] 近年来浙青混凝土心墙堆石坝随着施工设备和检测设备的发展，浙青质量的提 高，水工浙青混凝土技术的深入研究，浙青混凝土防渗技术有了很大的发展，但都无法达到 200m级高浙青混凝土心墙堆石坝。坝工界对高浙青混凝土心墙堆石坝的安全性问题，主要 存在以下担心：（1)不能正确预测高浙青混凝土心墙堆石坝大坝沉降以及沉降导致的心墙 变形、应力、浙青心墙与下部的混凝土防渗墙或基座的联接结构形式和对心墙材料的要求。 (2)现有的实验手段采用缩尺模型材料，是否能正确预测高浙青混凝土心墙堆石坝大坝渗 透稳定性问题以及筑坝材料的物理力学性质。（3)由于上述不确定因素的存在，是否能提出 高耐挤压、高抗裂的浙青混凝土材料和结构形式。
[0005] 如果拟建的200m级高浙青混凝土心墙堆石坝的变形、心墙的挠度和应力量级达 到150m级浙青混凝土心墙堆石坝的程度，亦可以为坝工界接受，也就解决了 200m级高浙青 混凝土心墙堆石坝的技术瓶颈。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种高底座浙青混凝土心墙坝（以下简称高底座心墙坝)，克 服200m级高浙青混凝土心墙堆石坝的技术难关，充分发挥浙青混凝土、高底座、低压缩材 料和堆石料的各自优点和综合优势，从技术上解决下部狭窄、上部宽阔河谷高浙青混凝土 心墙堆石坝的可行性问题，而且能明显增强坝体防渗结构的可靠性、耐久性、抗震性和安全 性。
[0007] 本发明的技术方案是：高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：它是由高底座、浙青 混凝土防渗墙的基座、心墙、过渡1区、过渡2区、堆石1区、堆石2区、河床低压缩材料区和 防浪墙组成，心墙设置在浙青混凝土防渗墙的基座上，浙青混凝土防渗墙的基座设置在高 底座上，心墙顶部，即坝顶处设置有防浪墙；两个过渡1区分别设置在心墙的上游侧和下游 侧并与心墙紧贴；在两个过渡1区外侧均设置有过渡2区；过渡1区、过渡2区与心墙高度 相等；所述的高底座高度在l〇m以上。
[0008] 所述的心墙为浙青混凝土心墙；所述的高底座为C9(I15、C9(I20或C 18(l15的常规混凝 土墙。
[0009] 所述高底座高度h与高底座心墙坝的坝高Η的比值为0. 1?0. 4。
[0010] 所述的上游侧和下游侧均为斜面形式。
[0011] 所述的高底座的横截面为上窄下宽的梯形，上宽为6?10米，坡度为1 :0. 1?1 : 0· 5〇
[0012] 所述的高底座的上游侧和下游侧的坝基下均设置有河床低压缩材料区，所述的河 床低压缩材料区填充有低压缩材料。
[0013] 所述的心墙的上游侧过渡2区外侧还设置有堆石1区，心墙的下游侧过渡2区外 侧依次设置有堆石2区、堆石1区。
[0014] 所述的上游侧的坝坡为1 :m，m=l. 8?2. 5 ;下游侧的坝坡坡比为1 :η，η=1. 6? 2. 5 ； 所述的心墙下游侧堆石1区与堆石2区的分区坡度为1 :k，k=0. 5?1. 5。
[0015] 本发明提出的高底座心墙坝，其优点是：采用浙青混凝土心墙、浙青混凝土防渗 墙的基座、高底座、低压缩材料和堆石组合成一种新型挡水建筑物。浙青混凝土心墙、浙青 混凝土防渗墙的基座、1?底座和帷.灌菜为防渗体（1?底座底部的帷.灌菜_)。本发明提出 的高底座心墙坝，可以使得200m级高浙青心墙堆石坝的应力、沉降以及心墙与底座的连接 结构的变形等等安全性指标，满足现有的《土石坝浙青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/ T5411-2009、SL501-2010)的要求，使得200m级高浙青心墙堆石坝在技术上可行，并满足充 分利用当地材料(堆石料)的经济性要求，具有良好的社会、经济和生态效益。本发明采用低 压缩材料变形小、空隙小、沉降小，可以减小坝体变形，改善心墙应力。
[0016] 下面结合实施例及实施例附图对本发明做进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的1?底座心墙现的横断面不意图； 图2是本发明的高底座心墙坝的沿坝轴线(心墙中心线）断面示意图。
[0018] 图中：1、堆石1区；2、堆石2区；3、心墙；4、过渡1区；5、过渡2区；6、防浪墙；7、 河床低压缩材料区（不含高底座）；8、高底座；9、帷幕灌浆，10、固结灌浆；11、浙青混凝土防 渗墙的基座；12、正常蓄水位；13、死水位；14、坝基；15、坝轴线；16、防浪墙顶高程；17、坝 顶高程；18、防渗帷幕底部范围；19、灌浆廊道；20、原地面线；21、上游侧；22、下游侧；23、 坝肩；24、坝基；Η是高底座心墙坝的坝高，h是高底座的高度，m是高底座心墙坝上游坝坡 坡比，η是高底座心墙坝下游坝坡坡比，k为心墙下游堆石1区与堆石2区的分界线坡比，t 为高底座基坑开挖坡比。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1 高底座浙青混凝土心墙坝是由高底座8、心墙3、浙青混凝土防渗墙的基座11、过渡1区 4、过渡2区5、堆石1区1、堆石2区2、河床低压缩材料区7和防浪墙6组成，心墙3设置在 浙青混凝土防渗墙的基座11上，浙青混凝土防渗墙的基座11设置在高底座8上，心墙3顶 部，即坝顶处设置有防浪墙6 ;两个过渡1区4分别设置在心墙3的上游侧21和下游侧22 并与心墙3紧贴；在两个过渡1区4外侧均设置有过渡2区5 ;过渡1区4、过渡2区5与心 墙3高度相等；所述的高底座8高度在10m以上。
[0020] 实施例2 如图1和图2所不，商底座浙青混凝土心墙现是由商底座8、心墙3、浙青混凝土防渗 墙的基座11、过渡1区4、过渡2区5、堆石1区1、堆石2区2、河床低压缩材料区7和防浪 墙6组成，心墙3设置在浙青混凝土防渗墙的基座11上，浙青混凝土防渗墙的基座11设置 在高底座8上，心墙3顶部，即坝顶处设置有防浪墙6 ;两个过渡1区4分别设置在心墙3的 上游侧21和下游侧22并与心墙3紧贴；在两个过渡1区4外侧均设置有过渡2区5 ;过渡 1区4、过渡2区5与心墙3高度相等，过渡区受坝壳的保护；所述的高底座8高度在10m以 上。所述的心墙3为浙青混凝土心墙；所述的高底座8为C 9(I15、C9(I20或C18(l15的常规混凝 土墙。所述高底座8高度h与高底座心墙坝的坝高Η的比值为0. 1?0. 4,越小越好，并根 据工程实际确定。高底座心墙坝的坝高Η包括：高底座8、浙青混凝土防渗墙的基座11、心 墙3和心墙3与坝顶之间的高度。所述的上游侧21和下游侧22均为斜面形式；所述的上 游侧的坝坡为1 8?2. 5 ;下游侧的坝坡坡比为1 :η，η=1. 6?2. 5,并根据工程实际 确定；所述的高底座8的横截面为上窄下宽的梯形，上宽为6?10米，坡度为1 :0. 1?1 : 〇. 5。所述的高底座8的上游侧和下游侧的坝基14下均设置有河床低压缩材料区7,所述的 河床低压缩材料区7填充有低压缩材料；所述的心墙3的上游侧过渡2区5外侧还设置有 堆石1区1，心墙3的下游侧过渡2区5外侧依次设置有堆石2区2、堆石1区1 ;所述的心 墙下游侧堆石1区1与堆石2区2的分区坡度为1 :k，k=0. 5?1. 5,并根据工程实际确定， 一般选k=l. 0为最佳。
[0021] 高底座8的上下游基坑采用河床低压缩材料区7回填至坝基开挖前的高程。高底 座8的底部基岩采用固结灌浆10和帷幕灌浆9进行处理。
[0022] 高底座8基坑开挖坡比为1 :t，t根据坝基基础条件决定。
[0023] 上述参数必须满足现有的《土石坝浙青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/ T5411-2009、SL501-2010)的要求。
[0024] 本发明提出的高底座心墙坝，采用浙青混凝土心墙3、基座11、混凝土高底座8和 帷幕灌浆9作为防渗结构。混凝土高底座8按照重力坝设计，设计标准遵守《混凝土重力坝 设计规范》（L5108-1999、SL319-2005)的相关规定。混凝土高底座8内设置灌浆廊道19， 在坝体填筑过程中实施帷幕灌浆9,提高了工效，减小了施工干扰，节省了工期。混凝土高底 座8的高度，按照减小浙青混凝土心墙3的应力、变形为150m级浙青混凝土心墙坝的量级 进行确定；混凝土高底座8的存在，可有效减小浙青混凝土心墙3的应力和变形。浙青混凝 土心墙3及浙青混凝土防渗墙的基座11的结构及其止水结构和材料按照150m级浙青混凝 土心墙坝的要求选用即可。
[0025] 本发明提出的高底座心墙坝，过渡1区4和(或)过渡2区5、堆石1区1、堆石2区 2均可采用堆石材料填筑，包括建筑物区开挖料、料场块石料以及料场砂砾石料等。堆石料 的选择须满足《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007、SL274-2001)的相关要求。上述 料区可以充分利用建筑物的开挖料，减少弃料和渣场的面积，减小大坝施工对环境的影响， 降低工程造价，提高坝体和枢纽的经济指标，具有良好的经济、社会和环境生态效益。
[0026] 本发明提出的高底座心墙坝，在河谷底部深槽部位，采用可靠的普通混凝土浇筑 形成高基座8,以降低浙青混凝土心墙3的高度，并降低浙青混凝土心墙3的应力变形值。 高基座8施工需要的开挖基坑采用河床低压缩材料区7回填。低压缩材料区7可以采用一 种低压缩材料，比如常规设计中的过渡料或其改性料、干贫混凝土料、碾压混凝土材料、改 性砂砾石料等，上述材料均属于本行业公知技术，这里就不做详细描述。河床低压缩材料区 7(不含高底座)，尽可能选用上述材料中施工简单、造价低的材料。另外，河床低压缩材料区 7 (不含高底座)可以帮助高基座8满足相关规范对其稳定和应力的要求。高基座8和河床 低压缩材料区7 (不含高底座）的采用，可以降低坝体和心墙的变形、应力，达到150m级浙 青混凝土心墙坝的标准，使得200m级浙青混凝土心墙坝技术可行、经济安全，使得200m级 浙青混凝土心墙可以为人们所接受。而现有技术是采用堆石充填，具有空隙大，变形大，沉 降大等缺点。
[0027] 图1、2中的坝体结构，必须验算坝体沉降、变形、应力以及心墙挠度和应力、变位 等，满足《土石坝浙青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T5411-2009、SL501-2010)的规定； 必须验算高基座的应力和稳定，满足《混凝土重力坝设计规范》（L5108-1999、SL319-2005) 的相关规定；必须验算坝体各料区(包括低压缩固体区）的渗透稳定性。
[0028] 图1、2中的高基座混凝土，采用普通混凝土浇筑。河床低压缩材料区7(不含高底 座）采用碾压式施工方法。各种堆石料采用堆石坝堆石料的施工方法施工。
[0029] 施工步骤：施工放样，确定坝轴线15的位置。坝肩23及坝基24开挖，高基座的基 础开挖。分两部分浇筑高基座8,先浇筑高基座8 -层，施工固结灌浆10,然后继续浇筑其 余部分的高基座8。填筑高基座8两侧的低压缩材料区7的低压缩材料达到原地面线20， 同时，施工浙青混凝土防渗墙的基座11，施工堆石1区1、堆石2区2,与浙青混凝土防渗墙 的基座11同高。分层施工心墙3、过渡1区4、过渡2区5,待这三个区的高程高于堆石1区 1、堆石2区2的一个施工层高度时，施工堆石1区1、堆石2区2,与心墙3、过渡1区4、过 渡2区5同高。重复上述施工顺序，直至心墙3、过渡1区4、过渡2区5、堆石1区1、堆石 2区2施工至设计高程。在心墙3、过渡1区4、过渡2区5、堆石1区1、堆石2区2施工过 程中，施工帷幕灌浆9到防渗帷幕底部范围18。施工坝顶防浪墙6达到防浪墙顶高程16及 坝顶达到坝顶高程17。上述施工完成后，水库蓄水到达死水位13,继续蓄水至正常蓄水位 12 〇
[0030] 表1为本发明与现有技术的效果对比表：
【权利要求】
1. 高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：它是由高底座（8)、心墙（3)、浙青混凝土防渗 墙的基座（11)、过渡1区（4)、过渡2区（5)、堆石1区（1)、堆石2区（2)、河床低压缩材料区 (7)和防浪墙（6)组成，心墙（3)设置在浙青混凝土防渗墙的基座（11)上，浙青混凝土防渗 墙的基座（11)设置在高底座（8)上，心墙（3)顶部，即坝顶处设置有防浪墙（6);两个过渡1 区（4)分别设置在心墙（3)的上游侧（21)和下游侧（22)并与心墙（3)紧贴；在两个过渡1 区（4)外侧均设置有过渡2区（5);过渡1区（4)、过渡2区（5)与心墙（3)高度相等；所述 的高底座（8)高度在10m以上。
2. 根据权利要求1所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的心墙（3)为浙青 混凝土心墙；所述的高底座（8)为C9(I15、C 9(I20或C18(l15的常规混凝土墙。
3. 根据权利要求1所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述高底座（8)高度h 与高底座心墙坝的坝高Η的比值为0. 1?0. 4。
4. 根据权利要求1所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的上游侧（21)和 下游侧（22)均为斜面形式。
5. 根据权利要求1所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的高底座（8)的横 截面为上窄下宽的梯形，上宽为6?10米，坡度为1 :0. 1?1 :0. 5。
6. 根据权利要求1所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的高底座（8)的上 游侧和下游侧与坝基（14)之间均设置有河床低压缩材料区（7)，所述的河床低压缩材料区 (7)填充有低压缩材料。
7. 根据权利要求1所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的心墙（3)的上游 侧过渡2区（5)外侧还设置有堆石1区（1)，心墙（3)的下游侧过渡2区（5)外侧依次设置 有堆石2区（2)、堆石1区（1)。
8. 根据权利要求4所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的上游侧的坝坡 为1 :m，m=l. 8?2. 5 ;下游侧的坝坡坡比为1 :η，η=1· 6?2. 5。
9. 根据权利要求7所述的高底座浙青混凝土心墙坝，其特征是：所述的心墙下游侧堆 石1区（1)与堆石2区（2)的分区坡度为1 :k，k=0. 5?1. 5。
【文档编号】E02B7/08GK104099903SQ201410326190
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】蔡新合, 魏坚政, 王君利, 郝丽莎, 雷艳, 贾巍, 吴峻峰, 李锋 申请人:中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司