一种掺橡胶抗震土石坝及其设计施工方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，具体是一种掺橡胶抗震土石坝及其设计施工方法。

背景技术：

在全球变暖的背景下，利用新能源代替传统能源势在必行。水能是清洁可再能源被认为是替代化石能源建设低碳经济的重要途径。我国80％以上的水能位于西部地区，但是西部地区地质灾害频繁，兴建土石坝投资巨大，一旦发生溃坝对国家和下游人民造成极大损失。研究抵抗地质灾害特别是地震的土石坝抗震防灾措施具有重大的社会和经济意义。

土石坝在建设过程中为了获得较大的干密度通常要求堆石料级配良好或所谓的“分形曲线”级配。在地震、爆炸等高能荷载作用下这种级配要求有利于保持颗粒的完整性但不利于能量的耗散，容易造成坝体的整体破化。堆石料的破碎有利于坝体的消能，但颗粒破碎常常发生在级配不良的大粒径填料，如果采用此种级配容易造成坝体的渗透破坏。工程上用于抗震的结构措施应用最为广泛和成功的当属阻尼器，不同于桥梁高层建筑等杆件体系，土石坝属于大面积接触受力的构筑物，传统的阻尼器不能用于土石坝的抗震。

现有技术中主要通过加筋或者高聚物注浆等方法，提高坝体的柔韧性降低刚度的措施来实现抗震，这些方法都需要注浆加大了施工难度，而且高聚物容易老化降解，其生产过程也易对环境产生不良影响。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中施工难度大、高聚物容易老化降解，不利于保护环境等问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种掺橡胶抗震土石坝，包括掺橡胶心墙土石坝，其特征在于：包括心墙、掺橡胶堆石料、堆石料和橡胶颗粒；

掺橡胶心墙土石坝的截面呈梯形；掺橡胶心墙土石坝的二分之一高度处为分界线，所述分界线的上方为堆石料堆砌而成、下方为掺橡胶堆石料堆砌而成；

所述掺橡胶堆石料为橡胶颗粒和堆石料构成的混合物；

掺橡胶心墙土石坝的中心位置处设有心墙。

一种掺橡胶抗震土石坝，包括掺橡胶面板土石坝，其特征在于：包括掺橡胶堆石料、堆石料、面板和橡胶颗粒；

掺橡胶面板土石坝的截面成梯形；掺橡胶面板土石坝的上游和下游的对称线为分界线；所述上游一侧为掺橡胶堆石料堆砌而成、下游一侧为堆石料堆砌而成；

所述掺橡胶堆石料为橡胶颗粒和堆石料构成的混合物；

掺橡胶面板土石坝的上游外表面设有面板。

一种掺橡胶抗震土石坝的设计施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)勘探环境后选取合理料源；

2)进行料场堆石料碾压试验，确定、设计并选取合理的堆石料级配，绘制级配曲线；

3)去除步骤2)中得到的级配曲线中，小于某粒径之百分数10％以下、30～35％、50～55％的堆石料；

4)用等质量的橡胶颗粒替代去除的堆石料；

得出堆石料和橡胶颗粒的质量比，形成的橡胶颗粒和堆石料的曲线；

5)经过大型筛分系统去除步骤3)中的堆石料，加入步骤4)中的橡胶颗粒，拌合装料；

6)进行碾压实验，确定最大击实功、铺料厚度、最优含水率的相关参数，通过常规填筑方法进行铺料碾压。

进一步，所述橡胶颗粒为废弃轮胎粉碎后得到的产物；所述橡胶颗粒的粒径小于10mm。

进一步，所述心墙的材料为沥青或粘土。

进一步，所述面板的材料为混凝土。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：

1)能够有效吸收地震循环荷载对坝体产生的能量，替代堆石料3破碎消能机制，从而防止颗粒破碎，减少地震永久变形。

2)我国每年废弃轮胎达5亿多条，常规回收方法如焚烧，生产胶粉等都会对环境产生一定污染，本发明提供一种无污染废轮胎处置措施。

3)与掺砾心墙施工方法类似，采用常规的施工方法，不需要额外的施工机械，不会增加施工成本。同时能降低堆石料的使用量节省开挖成本。

4)添加的橡胶颗粒较小，填充在堆石料孔隙中，避免了压筑不实，干密度达不到要求的情况。

附图说明

图1为本发明料场堆石料级配曲线图；

图2为本发明橡胶颗粒取代堆石料部分的曲线图；

图3为本发明掺橡胶心墙土石坝示意图；

图4为本发明掺橡胶面板土石坝示意图；

图5为图3、4中A区域放大图。

图中：心墙1、掺橡胶堆石料2、堆石料3、面板4、橡胶颗粒5。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

如图3和图5所示，一种掺橡胶抗震土石坝，包括掺橡胶心墙土石坝，其特征在于：包括心墙1、掺橡胶堆石料2、堆石料3和橡胶颗粒5；

掺橡胶心墙土石坝的截面呈梯形；掺橡胶心墙土石坝的二分之一高度处为分界线，所述分界线的上方为堆石料3堆砌而成、下方为掺橡胶堆石料2堆砌而成；

所述掺橡胶堆石料2为橡胶颗粒5和堆石料3构成的混合物；

掺橡胶心墙土石坝的中心位置处设有心墙1。

所述橡胶颗粒5为废弃轮胎粉碎后得到的产物；所述橡胶颗粒5的粒径小于10mm。

所述心墙1的材料为沥青或粘土。

所述面板4的材料为混凝土。

一种掺橡胶抗震土石坝的设计施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)勘探选取合理料源，堆石料3的岩石抗压强度及软化系数应满足相关规范要求。

2)剔除1000mm粒径石块，通过碾压试验确定设计选取合理的堆石料3级配，绘制级配曲线如图1，级配曲线应位于设计包线内。确定控制铺料厚度，碾压遍数等碾压施工参数以及碾压机械。

3)去除级配曲线中小于某粒径之百分数10％以下，30～35％，50～55％的堆石料3；

4)以等质量的废弃轮胎橡胶颗粒5替代去除的堆石料3，

得出堆石料3和橡胶颗粒5的质量比，形成如图2所示橡胶颗粒5和堆石料3的曲线。

5)经过大型筛分系统去除步骤3)中的堆石料3，加入步骤4)中的橡胶颗粒5，拌合装料；

6)再次开展碾压实验确定掺橡胶堆石料3的最大击实功、铺料厚度、最优含水率等施工参数；

通过常规填筑方法分层进行掺橡胶堆石料2铺料碾压。铺料厚度宜均匀，严禁超压。

待填筑高度达到设计坝顶高程的1/2后继续填筑堆石料3至坝体设计高程。

实施例2：

如图4和图5所示，一种掺橡胶抗震土石坝，包括掺橡胶面板土石坝，其特征在于：包括掺橡胶堆石料2、堆石料3、面板4和橡胶颗粒5；

掺橡胶面板土石坝的截面成梯形；掺橡胶面板土石坝的上游和下游的对称线为分界线；所述上游一侧为掺橡胶堆石料2堆砌而成、下游一侧为堆石料3堆砌而成；

所述掺橡胶堆石料2为橡胶颗粒5和堆石料3构成的混合物；

掺橡胶面板土石坝的上游外表面设有面板4。

所述橡胶颗粒5为废弃轮胎粉碎后得到的产物；所述橡胶颗粒5的粒径小于10mm。

所述心墙1的材料为沥青或粘土。

所述面板4的材料为混凝土。

一种掺橡胶抗震土石坝的设计施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)勘探选取合理料源，堆石料3的岩石抗压强度及软化系数应满足相关规范要求。

2)剔除1000mm粒径石块，通过碾压试验确定设计选取合理的堆石料3级配，绘制级配曲线如图1，级配曲线应位于设计包线内。确定控制铺料厚度，碾压遍数等碾压施工参数以及碾压机械。

3)去除级配曲线中小于某粒径之百分数10％以下，30～35％，50～55％的堆石料3；

4)以等质量的废弃轮胎橡胶颗粒5替代去除的堆石料3，

得出堆石料3和橡胶颗粒5的质量比，形成如图2所示橡胶颗粒5和堆石料3的曲线。

5)经过大型筛分系统去除步骤3)中的堆石料3，加入步骤4)中的橡胶颗粒5，拌合装料；

6)再次开展碾压实验确定掺橡胶堆石料3的最大击实功、铺料厚度、最优含水率等施工参数；

通过常规填筑方法分层进行掺橡胶堆石料2铺料碾压。铺料厚度宜均匀，严禁超压。

对于面板土石坝，上游和下游坝体分别填筑掺橡胶堆石料2和堆石料3，两者分开填筑。