本发明具体涉及一种缩减面板堆石坝的三维变形不良效应、调控面板变形从而防止面板挤压破坏的面板坝结构及其缝面构造细节，并涉及这种发明的施工方式，属于水利工程技术领域。
背景技术：
近些年，混凝土面板堆石坝以其对坝址区地形地质条件适应性强、经济优越、安全可靠的优点，在我国得到快速发展。该坝型建成投运的数量越来越多，但随着建设高度增加、或因为地形地质条件的复杂和差异等等原因，产业界投运面板坝中常出现面板垂直结构缝被挤压破坏的状况，损伤大坝防渗体系，甚至影响坝体渗透安全，突现出工程安全风险，给大坝业主和社会带来困扰。
面板挤压破坏，其机理来自两个方面：第一，作为以散粒体堆积碾压而成的堆石坝坝壳，其各断面沉降变形量与坝高度成比例，而大坝沿坝轴线方向的高度变化是u型或v型，因此整个大坝的沉降变形几乎均存在“聚心”的三维效应，即沉降变形过程中存在着两岸向河床中心的水平效应分量。面板以摩擦接触附着于垫层上，坝壳（含过渡层、垫层）的三维“聚心”变形，通过垫层施加于面板底的摩擦力，带动面板从两侧向河床中心运动。当中上部（传统的挤压区）面板板块间的运移量值不能协调一致时，面板间距挤紧，形成挤压状态。第二，面板是该型大坝的坝身防渗结构，大坝蓄水后首当其冲承受水压荷载，整个的斜板面板在水压力作用下，会发生三维的内陷变形，从而整个的斜板会变成凹陷的空间微曲面。这过程中，对于各板块间的缝面的具体细部，发生了事实上的内陷偏转，从原本平行相对的缝面，偏转到下宽上窄的梯形相对，上述第一机理里提到的挤压区的挤压状态，就从原本的平行面接触挤压，逐渐变成了非均匀乃至线挤压接触，压应力逐渐增大，一旦超过钢筋砼的抗压强度，发生面板挤压破坏。
由于对机理认识不清，现有面板坝技术多没有系统性思路和方案来解决这一行业痛点。
技术实现要素：
由上述背景技术中关于面板挤压破坏的机理分析可见，当前面板坝的研究、设计、施工中，均未系统性关注并解决这两方面因素，从而前赴后继地出现面板挤压破坏的事故。在我国当前水利、水电行业建设中，面板堆石坝依然是受青睐的主力坝型，为此，本发明设计了一种“缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝”，首先通过结构构造设计和施工方法创新，缩减面板坝坝壳的三维变形不良效应，从根本上缩减乃至消除面板顺坝轴线方向的移动，然后设计了微凸曲面面板、挤压区的弧形缝、其他区域的梯形缝，来进一步保障一旦存在挤压状况时，其挤压接触依然保持面接触，从而确保压应力不超标，也就确保不出现挤压破坏。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝，包括一个向上游微凸起的壳体结构面板。通过纵向分区构造和非线性超填施工措施，缩减坝壳的三维变形效应，从根本上缩减或消除面板顺坝轴线方向的移动、进而挤压的不良效应；缩减坝壳的三维变形效应的纵向分区构造，是按照填筑碾压参数的级差递减、以各填筑层通仓碾压时分别控制各分区范围内碾压遍数来实现；这种设计，使得整个坝体填筑密实度非均匀，中间最密实，往两侧逐渐欠密实，实际是逐渐加大了两侧坝体的单位高度的沉降强度，但因为两侧坝高是逐渐减小的，从而这就削减了传统设计的坝体沉降量沿坝轴线的差异，从而也就削减了三维变形效应。
缩减坝壳的三维变形效应的非线性超填施工措施，是指分层碾压施工时，每一层仓面均沿坝轴线方向对称弧形非线性超填，意即仓面沿坝轴线方向不是水平的而是对称拱曲的，中间高、两侧低，一直逐层填筑到坝顶，均保持此非线性对称弧形超填施工。这种非线性超填措施，尽力确保各断面后续沉降部分的缺失补充料源，多来自于本断面超填料源，从而间接抑制坝体的沉降三维效应。
一旦削减甚或抑制了坝体沉降的三维聚心效应，那么面板底部的来自垫层的摩擦力将大大减轻乃至消除，面板的侧向移动状况得到根本改善或消除，面板挤压的核心根源得以根除。
缩减坝壳的三维变形效应的纵向分区构造，是沿坝轴线方向将坝壳对称分为五个分区，其左右两侧分区、中心两侧分区、中心分区内的干密度按级差由中心分区向两侧分区依次递减，分别为设计最大干密度的100%、97.5%、95%，即中心分区内的干密度为100%、中心两侧分区的干密度为97.5%、左右两侧分区的干密度为95%。这种级差递减比例值也可以根据具体工程来分析确定。因工程实际情况而异，超填曲线通过土石坝坝体分层沉降计算分别确定。
大坝上游侧部分，从坝壳的堆石体上游面到过渡区、到垫层以及面板，均为凸向上游的空间微壳体形状；该微壳体凸向上游的尺度，通过数值模拟计算出传统平板面板坝蓄水后内凹陷量值，然后沿传统面板坝的平板面镜像到上游侧外凸来确定。这种设计，确保工程蓄水面板受荷载后，上凸微曲面板逐渐向平斜板方向变形，最理想的情况是变形稳定在斜平面状态。即便达不到最理想状态，其可能稳定于微凸曲面或微凹曲面状态，其缝间受力均较原传统那种平板设计的状况理想的多。
空间微曲面形的面板板条间纵向垂直结构缝的缝宽40mm左右，大于传统平板面板的2~20mm缝宽，以消化蓄水后凸起面板受水压内陷时的变形量；该缝的缝宽，可在传统2~20mm缝宽的基础上，叠加上凸起面板的板间距宽度减去斜平面投影宽度来具体确定。
在面板的上中部的传统挤压区内各板条间的纵向垂直结构缝的缝面均为弧形缝，其余区域内纵向垂直结构缝的缝面为梯形缝；面板挤压区和其他区域的边界，通过分高程计算面板的坝轴向位移来确定，即从面板顶部开始，以对称两侧的最大位移量处为左右边界，逐步向下，直到最大位移量值小于等于设计面板缝宽值时，为底界。
弧形缝由两个平行的同圆心弧面构成，底部设置铜片止水，中间为柔性填料，顶部为柔性填料外包盖皮。挤压区采用弧形缝，在整体微凸曲面板受水荷载向平板方向过渡过程中，缝面绕弧形圆心转动，可以更好地确保缝面自始至终保持面接触，即便传递压力，其压应力不会有显著增高，从而保护面板不被挤压破坏。
梯形缝相对的两面非平行、上宽下窄。底部设置铜片止水，中间为pvc或橡胶止水再加柔性填料，顶部为柔性填料外包盖皮。梯形缝适用于挤压区与周边缝以外的板间垂直缝。随着面板受载内陷、偏转，梯形缝向平行缝状态发展，一方面消化了微凸曲面投影面积的减小，另一方面作为非压缩区垂直缝，其板间接触状态向良性变化。
本发明带来的有益效果，首先是系统性削减、甚至根除了面板侧向位移、进而挤压的源动力，有釜底抽薪之效，然后辅之以保障性的面板微凸曲和缝面构造的创新，进一步改善了面板间的动态接触、受力状态，从而有望根除“挤压破坏”这一困扰面板堆石坝发展的行业痛点。这将大大提高面板坝的面板安全性，增强面板坝的整体优越性，促进行业发展，为水利水电企业安全、效益作出贡献，也为一方社会安全奠定了一种技术基础。
附图说明
图1为坝壳非均匀填筑分区立视图。
图2为坝壳非均匀填筑分区平面图。
图3为坝体非线性超填施工立视图。
图4为微凸曲面面板坝横剖面图。
图5为挤压区及弧形缝、梯形缝所在区域平面示意图。
图6为弧形缝详图。
图7为梯形缝详图。
其中，1——两侧分区；2——中心两侧分区；3——中心分区；4——坝体非线性超填曲线；5——面板堆石坝坝壳；6——过渡层；7——垫层；8——面板；9——趾板；10——面板坝挤压区界限；11——弧形缝；12——梯形缝；13——铜片止水；14——柔性填料外包盖皮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、有益效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式进一步详细描述。本发明要求保护的范围并不局限于所述。
缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝，包括一个向上游微凸起的壳体结构面板。通过纵向分区构造和非线性超填施工措施，缩减坝壳的三维变形效应，从根本上缩减或消除面板顺坝轴线方向的移动、进而挤压的不良效应；缩减坝壳的三维变形效应的纵向分区构造，是按照填筑碾压参数的级差递减、以各填筑层通仓碾压时分别控制各分区范围内碾压遍数来实现；这种设计，使得整个坝体填筑密实度非均匀，中间最密实，往两侧逐渐欠密实，实际是逐渐加大了两侧坝体的单位高度的沉降强度，但因为两侧坝高是逐渐减小的，从而这就削减了传统设计的坝体沉降量沿坝轴线的差异，从而也就削减了三维变形效应。
缩减坝壳的三维变形效应的非线性超填施工措施，是指分层碾压施工时，每一层仓面均沿坝轴线方向对称弧形非线性超填，意即仓面沿坝轴线方向不是水平的而是对称拱曲的，中间高、两侧低，一直逐层填筑到坝顶，均保持此非线性对称弧形超填施工。这种非线性超填措施，尽力确保各断面后续沉降部分的缺失补充料源，多来自于本断面超填料源，从而间接抑制坝体的沉降三维效应。
一旦削减甚或抑制了坝体沉降的三维聚心效应，那么面板底部的来自垫层的摩擦力将大大减轻乃至消除，面板的侧向移动状况得到根本改善或消除，面板挤压的核心根源得以根除。
缩减坝壳的三维变形效应的纵向分区构造，是沿坝轴线方向将坝壳对称分为五个分区，分别为左边和右边的两侧分区1、中心左右两侧的中心两侧分区2、中心分区内3，五个分区的干密度按级差由中心分区向两侧分区依次递减，分别为设计最大干密度的100%、97.5%、95%，即中心分区内的干密度为100%、中心两侧分区的干密度为97.5%、左右两侧分区的干密度为95%。这种级差递减比例值也可以根据具体工程来分析确定。因工程实际情况而异，超填曲线4可通过土石坝坝体分层沉降计算分别确定。
大坝上游侧部分，从坝壳5的堆石体上游面到过渡区6、到垫层7以及面板8，均为凸向上游的空间微壳体形状；该微壳体凸向上游的尺度，通过数值模拟计算出传统平板面板坝蓄水后内凹陷量值，然后沿传统面板坝的平板面镜像到上游侧外凸来确定。这种设计，确保工程蓄水面板受荷载后，上凸微曲面板逐渐向平斜板方向变形，最理想的情况是变形稳定在斜平面状态。即便达不到最理想状态，其可能稳定于微凸曲面或微凹曲面状态，其缝间受力均较原传统那种平板设计的状况理想的多。
在面板的上中部的传统挤压区10内各板条间的纵向垂直结构缝的缝面均为弧形缝11，其余区域内纵向垂直结构缝的缝面为梯形缝12；面板挤压区10边界，通过分高程计算面板的坝轴向位移来确定，即从面板顶部开始，以对称两侧的最大位移量处为左右边界，逐步向下，直到最大位移量值小于等于设计面板缝宽值时，为底界。
空间微曲面形的面板板条间纵向垂直结构缝弧形缝11、梯形缝12的缝宽40mm左右，大于传统平板面板的2~20mm缝宽，以消化蓄水后凸起面板受水压内陷时的变形量；该缝的缝宽，可在传统2~20mm缝宽的基础上，叠加上凸起面板的板间距宽度减去斜平面投影宽度来具体确定。
弧形缝11由两个平行的同圆心弧面构成，底部设置铜片止水13，中间为柔性填料，顶部为柔性填料外包盖皮14。挤压区采用弧形缝11，在整体微凸曲面板受水荷载向平板方向过渡过程中，缝面绕弧形圆心转动，可以更好地确保缝面自始至终保持面接触，即便传递压力，其压应力不会有显著增高，从而保护面板不被挤压破坏。
梯形缝12相对的两面非平行、上宽下窄。底部设置铜片止水13，中间为pvc或橡胶止水再加柔性填料，顶部为柔性填料外包盖皮14。梯形缝12适用于挤压区与周边缝以外的板间垂直缝。随着面板受载内陷、偏转，梯形缝向平行缝状态发展，一方面消化了微凸曲面投影面积的减小，另一方面作为非压缩区垂直缝，其板间接触状态向良性变化。