一种重力面板堆石坝及其施工方法与流程

本发明涉及一种重力面板堆石坝及其施工方法，属于水利工程技术领域。

背景技术：

现有面板堆石坝主要由钢筋混凝土面板和堆石体组成，钢筋混凝土面板主要起防渗作用，堆石体主要起承担坝体上游侧水荷载维持坝体稳定的作用。钢筋混凝土面板能否正常工作直接决定了坝体的安全性能，因此钢筋混凝土面板的合理设计是决定面板堆石坝安全的关键因素之一。虽然钢筋混凝土面板有很多优点，但也有很多缺点，比如：抗拉强度低，属脆性材料、可塑性差，适应变形能力低等。为了克服这些缺点，目前在面板设计时，在面板内设置了很多的垂直缝和周边缝，以适应坝体在水荷载作用下的变形。尽管垂直缝和周边缝的设置增强了面板的变形能力，但实际工程中还是存在面板中部发生挤压破坏的现象，导致面板破坏影响到坝体的安全。根据大量工程经验发现，导致面板发生破坏，主要原因就是由于堆石区变形较大，置于堆石区上的面板不能适应这种大变形，最终发生破坏。虽然目前使用大型振动碾，可以提高堆石区的变形模量，但是坝体在运行期堆石区的徐变量依然较大，面板发生破坏的概率依然较高，给高面板堆石坝的修建带来很大的风险。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种重力面板堆石坝及其施工方法，目的是克服传统高面板堆石坝面板容易出现裂缝的问题，该坝型可以充分利用重力坝变形小、安全性高的优点和面板堆石坝具有适应变形能力强、水泥用量低、造价低的优点，从根本上解决高面板堆石坝面板容易出现裂缝的问题，提高高面板堆石坝的安全性和可靠性。

本发明采用的技术方案是：一种重力面板堆石坝，包括混凝土面板1、垫层2、l形厚板3、堆石混凝土区4、主堆石区5、次堆石区6、趾板7、防渗帷幕8、防浪墙9、排水廊道10、坝体排水管11、坝基排水孔12、集水井13、坝基排水管14、坝肩排水管15、横缝16；

混凝土面板1铺设在坝体上游侧迎水面，所述堆石混凝土区4，位于地基之上，剖面呈梯形，坝底宽、坝顶窄，下游坡比约为1：0.2~1：0.5，沿坝轴线每隔一定距离设置横缝16，混凝土面板1放置在趾板7上，趾板7放置在基岩上且下方与防渗帷幕8紧密相连，混凝土面板1沿坝高每隔一定距离设置一道l形厚板3，l形厚板3水平设置，板端朝向下游，深入到堆石混凝土区4内部，另一端为大头端，朝向上游，支撑混凝土面板1，l形厚板与混凝土面板1之间设置有止水措施，混凝土面板1顶部与防浪墙9紧密相连，混凝土面板1下游侧为垫层2，垫层2下游侧为堆石混凝土区4，堆石混凝土区4下游侧为主堆石区5，主堆石区5下游侧为次堆石区6，所述排水廊道10设置在河床坝段及需要设置排水廊道10的坝肩坝段的堆石混凝土区4底部，排水廊道10顶部间距布置坝体排水管11，排水廊道10底部间距布置坝基排水孔12，在未设置排水廊道10的坝肩坝段的坝体底部设置坝肩排水管15，排水管15的出口与排水廊道10连通，在河床段排水廊道10的起坡点设置集水井13，用于汇集廊道的渗水，集水井13底部设有通向下游的排水管14，用于自动排泄集水井13中的水。

所述的混凝土面板1沿坝高每隔100米设置一道l形厚板3，所述的l形厚板3采用c30以上的钢筋混凝土浇筑，厚度为500~1000mm。

所述的l形厚板3的板端深入到堆石混凝土区5m~10m。

所述的堆石混凝土区4的堆石料不同于主堆石区5中的主堆石料，堆石混凝土区4的堆石料的粒径为0.2m~0.8m。

所述的堆石混凝土区4，通过在堆石中填充自密实混凝土形成。

一种重力面板堆石坝的施工方法，包括如下步骤：

1）清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；

2）施工趾板7及防渗帷幕8；

3）施工堆石混凝土区4，沿坝轴线每隔一定距离设置横缝16；

4）依次施工主堆石区5和垫层2；

5）当坝体填筑到排水廊道10底板高程时，施工排水廊道10，门洞形截面，排水廊道10内每间隔一定距离向地基中布置坝基排水孔12，并在河床段排水廊道10的起坡点设置集水井13，共2口，集水井13底部设有通向下游的坝基排水管14，施工时要保证不堵塞坝基排水管14；

6）当坝体填筑到排水廊道10顶部高程以上时，沿排水廊道10上每隔一定距离设置坝体排水管11；

7）当坝体施工到设计高程后，再施工混凝土面板1；

8）当混凝土面板1施工到设计高程后，再施工l形厚板3，在l形厚板3施工完成后，再施工下一高程坝体；

9）当坝体施工到未设排水廊道10的坝肩坝段时，在浇筑堆石混凝土区4时，需在坝体底部预埋坝肩排水管15，施工时要保证不堵塞坝肩排水管15；

10）当坝体施工到坝顶高程时，再施工防浪墙9。

所述的排水廊道10内每间隔2~3m向地基中布置坝基排水孔12，坝基排水孔12的孔径为100~150mm。

所述的集水井13的尺寸为2.0*2.0*2.0m³，坝基排水管14的管径为300~400mm，

所述的排水廊道10上每隔3~5m设置坝体排水管11，坝体排水管11的管径为200~250mm。

所述的坝肩排水管15的管径为200~250mm。

本发明的有益效果是：

（1）可充分利用重力坝具有变形小、安全性高和堆石坝具有适应变形能力强、水泥用量低、造价低的优点，发挥两种坝型的优点。

（2）通过在面板下设置堆石混凝土可大幅减小面板的三向变形；通过在面板中部设置一道或多道l形厚板，可大幅减小面板顶部的产生弯曲裂缝的概率，减小中部面板的挤压应力和发生挤压破坏的概率。

（3）通过在堆石混凝土区与混凝土面板之间设置垫层，可以协调面板和堆石混凝土区的变形，进一步降低混凝土面板产生裂缝的概率。

（4）由于采用了堆石混凝土，施工速度快，对影响施工速度影响小，造价增加也不大。

附图说明

图1为本发明的典型剖面示意图；

图2为本发明的上游立视示意图；

图3为本发明的平面示意图。

图中各标号为：混凝土面板-1、垫层-2、l形厚板-3、堆石混凝土区-4、主堆石区-5、次堆石区-6、趾板-7、防渗帷幕-8、防浪墙-9、排水廊道-10、坝体排水管-11、坝基排水孔-12、集水井-13、坝基排水管-14、坝肩排水管-15、横缝-16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图1-3所示，一种重力面板堆石坝，包括混凝土面板1、垫层2、l形厚板3、堆石混凝土区4、主堆石区5、次堆石区6、趾板7、防渗帷幕8、防浪墙9、排水廊道10、坝体排水管11、坝基排水孔12、集水井13、坝基排水管14、坝肩排水管15、横缝16；

混凝土面板1铺设在坝体上游侧迎水面，所述堆石混凝土区4，位于地基之上，剖面呈梯形，坝底宽、坝顶窄，下游坡比约为1：0.2~1：0.5，沿坝轴线每隔一定距离设置横缝16，混凝土面板1放置在趾板7上，趾板7放置在基岩上且下方与防渗帷幕8紧密相连，混凝土面板1沿坝高每隔一定距离设置一道l形厚板3，l形厚板3水平设置，板端朝向下游，深入到堆石混凝土区4内部，另一端为大头端，朝向上游，支撑混凝土面板1，l形厚板与混凝土面板1之间设置有止水措施，混凝土面板1顶部与防浪墙9紧密相连，混凝土面板1下游侧为垫层2，垫层2下游侧为堆石混凝土区4，堆石混凝土区4下游侧为主堆石区5，主堆石区5下游侧为次堆石区6，所述排水廊道10设置在河床坝段及需要设置排水廊道10的坝肩坝段的堆石混凝土区4底部，排水廊道10顶部间距布置坝体排水管11，排水廊道10底部间距布置坝基排水孔12，在未设置排水廊道10的坝肩坝段的坝体底部设置坝肩排水管15，排水管15的出口与排水廊道10连通，在河床段排水廊道10的起坡点设置集水井13，用于汇集廊道的渗水，集水井13底部设有通向下游的排水管14，用于自动排泄集水井13中的水。

混凝土面板1主要起到防渗作用；垫层2主要起到协调混凝土面板1和堆石混凝土区4之间的变形。

所述堆石混凝土区4，位于垫层2下游侧，主要起到承担水荷载及维持坝体稳定的作用。堆石混凝土的物理力学特性介于普通混凝土和主堆石之间，具有较高弹性模量、较高抗压强度、较低的孔隙率和压缩性，在荷载作用下的变形量和徐变量都较主堆石区小很多，因此竖向变形、顺河向变形、河谷向变形都较小。由于堆石混凝土区4变形较小，那么铺设在其上的混凝土面板1的三向变形也较低，可减小混凝土面板1顶部的产生弯曲裂缝的概率，同时可减小中部面板的挤压应力和发生挤压破坏的概率。

在混凝土面板1中部设置的l形厚板3，l形厚板3可根据坝高设置一道或多道，降低面板的变形，可支撑混凝土面板1承担其荷载，进一步降低混凝土面板1的变形，减小发生破坏的概率。

所述主堆石区5，位于堆石混凝土区4下游侧，主堆石区5具有可塑性大，适应大变形能力强，不易产生裂缝，同时可以起到约束堆石混凝土变形的作用，进一步维持坝体的稳定。

所述垫层2设置在混凝土面板1与堆石混凝土区4之间，起到协调混凝土面板1与堆石混凝土区4之间的变形，进一步降低混凝土面板1产生裂缝的概率。

所述排水廊道10设置在河床坝段及需要设置排水廊道10的坝肩坝段的堆石混凝土区4底部，排水廊道10主要起到排除坝体的渗水，降低坝基扬压力的作用。所有的坝段均需设置堆石混凝土区4，但排水廊道10不必在所有的坝段都设置，一般在坝肩坝段水头比较低的部位就可以不设置排水廊道10，这样可以方便施工。

排水廊道10顶部间距布置坝体排水管11，用于排出通过面板下渗入坝体的水。排水廊道10底部间距布置坝基排水孔12，用于排泄坝基里上游下渗的水流，降低坝基扬压力，增强坝体稳定性。在排水廊道10起坡点设置集水井13，用于收集廊道内的集水，通过布设在集水井13底部通向下游的坝基排水管14将水排泄到下游河道。

进一步地，所述的混凝土面板1沿坝高每隔100米设置一道l形厚板3，所述的l形厚板3采用c30以上的钢筋混凝土浇筑，厚度为500~1000mm。

进一步地，所述的l形厚板3的板端深入到堆石混凝土区5m~10m。

进一步地，所述的堆石混凝土区4的堆石料不同于主堆石区5中的主堆石料，堆石混凝土区4的堆石料的粒径为0.2m~0.8m。

进一步地，所述的堆石混凝土区4，通过在堆石中填充自密实混凝土形成。

一种重力面板堆石坝的施工方法，包括如下步骤：

1）清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；

2）施工趾板7及防渗帷幕8；

3）施工堆石混凝土区4，沿坝轴线每隔一定距离设置横缝16；

4）依次施工主堆石区5和垫层2；

5）当坝体填筑到排水廊道10底板高程时，施工排水廊道10，门洞形截面，排水廊道10内每间隔一定距离向地基中布置坝基排水孔12，并在河床段排水廊道10的起坡点设置集水井13，共2口，集水井13底部设有通向下游的坝基排水管14，施工时要保证不堵塞坝基排水管14；

6）当坝体填筑到排水廊道10顶部高程以上时，沿排水廊道10上每隔一定距离设置坝体排水管11；

7）当坝体施工到设计高程后，再施工混凝土面板1；

8）当混凝土面板1施工到设计高程后，再施工l形厚板3，在l形厚板3施工完成后，再施工下一高程坝体；

9）当坝体施工到未设排水廊道10的坝肩坝段时，在浇筑堆石混凝土区4时，需在坝体底部预埋坝肩排水管15，施工时要保证不堵塞坝肩排水管15；

10）当坝体施工到坝顶高程时，再施工防浪墙9。

具体地，所述的排水廊道10内每间隔2~3m向地基中布置坝基排水孔12，坝基排水孔12的孔径为100~150mm。

具体地，所述的集水井13的尺寸为2.0*2.0*2.0m³，坝基排水管14的管径为300~400mm，

具体地，所述的排水廊道10上每隔3~5m设置坝体排水管11，坝体排水管11的管径为200~250mm。

具体地，所述的坝肩排水管15的管径为200~250mm。

本发明可充分利用重力坝和面板堆石坝的优点，减小面板的变形量，降低面板发生破坏的概率，确保高面板堆石坝的安全。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。