一种大坝防爆及防冰装置及其施工方法与流程

本申请涉及一种水利工程建筑物安全防护领域，特别涉及一种水利工程大坝防爆及防冰装置及其施工方法。

背景技术：

水库大坝的设置以发挥防洪、发电、灌溉等功能，水库大坝的安全对下游人民的生产生活有极端重要的影响，如果发生溃坝等事故则可能对下游人们带来巨大的生命财产损失。目前对于大坝安全的研究大都仅限于大坝结构自身的研究，而忽略了大坝受到非常态的诸如恐怖袭击等情况的发生，而上世纪发生的多起袭击大坝事件，造成了严重的损失，大坝防爆逐渐进入工程人员的视野，受到业内重视。

而大坝防爆安全领域的研究很少，特别是大坝水下防爆安全的研究才刚刚起步。现有水下防爆研究主要在军事领域，相近研究始于19世纪初，1860年美国研究人员指导了早期水下爆炸试验，并对试验进行了总结。由于战争需要，水下爆炸研究在第一、二次世界大战得到快速发展，人们开始基于对水下爆炸试验研究水下爆炸物理现象，爆炸机理和水下爆炸依从的基本定律。20世纪70年代计算机技术和计算方法的快速发展，水下爆炸数值模拟得到快速发展，现在数值模拟可指导工程实践。水下爆炸研究爆炸在水下产生、演变、传播，以及与水下目标相互作用的理论、方法和手段，涉及多个学科。具体为，水下爆炸能量释放和传播规律的研究集中在水下炸药能量输出结构、水下爆炸冲击波传播特性、气泡脉动现象、水下爆炸界面效应等方面。水下爆炸毁伤机理和效应评估研究目标结构在水下爆炸作用下动态响应规律和损伤特性，水下爆炸冲击波、气泡、射流等对典型目标结构的作用机制，确定损伤等级和毁伤判据。然而上述研究应用于非军事领域的工程项目很少，特别对于水利工程中的抗暴研究更少。

另外，进入冬季，水库水面结冰对坝面造成破坏同时产生巨大的应力，破坏大坝的稳定和安全，因而对大坝防冰，特别是我国北方大坝的防冰的关注也日益高涨，然而现有的防冰技术效果不佳，且尚无统筹考虑大坝防冰和防爆的技术。

本申请基于目前的研究现状和大坝防爆防冰领域突出问题，提出了大坝防爆及防冰装置，优化防爆装置布置，并统筹考虑防爆装置和防冰装置的布设，对于该领域具有重要的引领作用。

技术实现要素：

本申请针对现有技术的缺陷，提供一种大坝防爆及防冰装置，该防爆装置结构设计巧妙，能够极大吸收、缓冲爆炸冲击波，降低爆炸对大坝结构的影响，确保大坝主体结构安全，防止大坝因爆炸而引起溃坝等情况的发生。防爆装置可模块化生产，根据实际需要批量化定制，施工便捷，大大提高了大坝的安全性能和效率。同时，综合考虑防爆和防冰的需要，优化防爆装置和防冰装置的布置，将两者巧妙的结合，施工简便高效，防爆防冰效果极好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大坝防爆及防冰装置，包括大坝本体，设置于大坝本体迎水面上的大坝防爆装置和防冰装置；

所述大坝防爆装置为四层复合结构，第一层为弧形双层壳体结构，第二层为紧贴所述弧形双层壳体结构设置的弧形缓冲吸能层，第三层为空腔结构，第四层为金属夹芯板结构；

所述缓冲吸能层为蜂窝材料、泡沫铝材料加工成的实心状结构；

所述金属夹芯板的夹芯结构为u型设置；

所述大坝防爆装置通过大坝预埋装置固定在大坝迎水面上；

所述大坝预埋装置包括预埋钢板和预埋螺栓；

根据水库大坝冬季历年水位和/或大坝设计数据确定所述防冰装置的安装位置，所述安装位置的预埋螺栓高度高出所述大坝防爆装置高度20cm以上；所述防冰装置通过所述安装位置的预埋螺栓固定在大坝防爆装置表面；

所述防冰装置为防水电热板，通过电热使得大坝水面的水温处于0℃以上，防止水面结冰。

本发明进一步改进方案是，所述预埋装置包括预埋钢板和预埋螺栓，若干预埋钢板紧贴大坝表面设置，各预埋钢板上设有若干供预埋螺栓穿过的孔，预埋螺栓数量与所述孔的数量相匹配，预埋螺栓垂直于大坝表面设置，并伸出坝面，用以固定所述防爆装置和防冰装置；若干预埋钢板相互平行设置，所述预埋钢板为纵向或横向设置；所述预埋钢板的间距为1-1.5米，所述防爆装置的宽度为1.5-2米；

所述防爆装置设有与预埋螺栓相适配的孔，所述预埋螺栓先穿过预埋钢板的孔，再穿过所述防爆装置上对应的孔，并配合螺母将所述模块化防爆装置固定；所述模块化防爆装置布满大坝迎水面表面，形成大坝防护面。

本发明更进一步改进方案是，所述防冰装置通过太阳能供电或大坝自身发电装置供电。

本发明更进一步改进方案是，所述防爆装置的截面形状为矩形，每一块防爆装置至少设置4个供螺栓穿过的孔，所述孔的个数为偶数。

本发明更进一步改进方案是，所述防爆装置厚度为30-80cm。

本发明还提供一种大坝防爆及防冰装置的施工方法，具体包括如下步骤：

1）根据水库大坝设计资料和/或历年冬季水库水位确定防冰装置的安装位置；

2）在大坝迎水面施工预埋钢板和预埋螺栓，所述防冰装置的安装位置的预埋螺栓的伸出高度高于防爆装置高度；

3）通过预埋螺栓和螺母固定安装所述大坝防爆装置；

4）通过预埋螺栓在防冰装置的安装位置安装防水电热板。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过设置模块化的防爆装置，采用高效的布设方式，使得防爆施工高效便捷，采用预埋钢板和预埋螺栓使得防爆装置与大坝呈现一体化设置，预埋钢板可以为槽钢或工字钢等，可根据需要选择。

2、本发明的模块化防爆装置为四层复合结构，第一层为弧形双层壳体结构，第二层为紧贴所述弧形双层壳体结构设置的弧形缓冲吸能层，第三层为空腔结构，第四层为金属夹芯板结构。通过上述四层结构布置对爆炸冲击能量进行抗冲击吸能缓冲，使得爆炸物接触第一层爆炸后的冲击能量逐层被缓冲消耗，确保了大坝结构的安全。从材料方面，缓冲吸能层为蜂窝材料、泡沫铝材料加工成的实心状结构，所述金属夹芯板的重夹芯结构为u型设置，提高了缓冲性能，结构整体重量轻。

3、防爆装置和防冰装置可以在工厂批量化生产，拉到现场进行拼装施工，极大提高了施工效率，并确保了结构的整体安全。

附图说明：

附图1为本发明防爆装置设置在大坝表面的坝体剖视图。

附图2为本发明防爆及防冰装置在面板堆石坝表面布置的俯视示意图。

附图3为本发明防爆装置结构剖视示意图。

其中，1为大坝本体，2为防爆装置，2-1为弧形双层壳体结构，2-2为弧形缓冲吸能层，2-3为空腔结构，2-4为金属夹芯板结构，3为预埋螺栓，4为防冰装置。

具体实施方式：

下面结合附图1-3对本发明作进一步说明。

一种大坝防爆及防冰装置，包括大坝本体1，设置于大坝本体1迎水面上的大坝的防爆装置2和防冰装置4；

所述大坝的防爆装置2为四层复合结构，第一层为弧形双层壳体结构2-1，第二层为紧贴所述弧形双层壳体结构2-1设置的弧形缓冲吸能层2-2，第三层为空腔结构2-3，第四层为金属夹芯板结构2-4；

由于水下爆炸的破坏作用不仅仅与水中爆炸产生的冲击波、气泡和二次压力有关，还与防爆对象的防护结构有关。水中爆炸能量50%-60%以冲击波形式传播，气泡含有能量为初始能量40-50%，冲击波对周围介质最大的有效能量来源。本申请的防爆装置2充分考虑了水下爆炸破坏的各个方面因素，采用四层结构设置，第一层的弧形双层壳体结构2-1，是一层可隔离冲击的新型空腔结构，其结构类似于盾牌，可以抵御大部分的冲击能量，通过第二层的弧形缓冲吸能层2-2可进行大变形，再次吸能缓冲，再次利用第三层的空腔结构2-3提供形变空间，冲击作用使空腔屈曲成缓冲气囊，得到了极好的缓冲性能。另外双层壳体的设置出了隔离冲击，再一次提供变形缓冲的空间，使得结构整体的抗冲吸能大大提高。而在底层采用金属夹芯板结构2-4，该夹心层为u型，也可为x型、y型等，夹层板的设置在塑性变形、损伤变形、耦合压力、速度、加速度方面都有极好的表现。夹心层减小了冲击载荷输入，对结构变形起到积极作用，夹心结构吸能效率高，夹心层塑性压皱变形吸收了大部分能量。本发明上述结构，通过拱形结构的抗冲吸能，再通过水平的夹芯板设置进一步吸能抗冲击，拱形和夹心层完美融合一体使得结构的性能发挥最大的提高，确保了大坝的安全。

所述缓冲吸能层2-2为蜂窝材料或泡沫铝材料加工成的实心状结构；

所述金属夹芯板结构2-4的夹芯结构为u型设置；

所述防爆装置2通过预埋装置固定在大坝迎水面上；

所述预埋装置包括预埋钢板和预埋螺栓3；

根据水库大坝冬季历年水位和/或大坝设计数据确定所述防冰装置4的安装位置，所述安装位置的预埋螺栓3高度高出所述防爆装置2高度20cm以上；所述防冰装置4通过所述安装位置的预埋螺栓3固定在防爆装置2表面；

所述防冰装置4为防水电热板，通过电热使得大坝水面的水温处于0℃以上，防止水面结冰。

所述预埋装置包括预埋钢板和预埋螺栓3，若干预埋钢板紧贴大坝表面设置，各预埋钢板上设有若干供预埋螺栓3穿过的孔，预埋螺栓3数量与所述孔的数量相匹配，预埋螺栓3垂直于大坝表面设置，并伸出坝面，用以固定所述防爆装置2和防冰装置4；若干预埋钢板相互平行设置，所述预埋钢板为纵向或横向设置；所述预埋钢板的间距为1-1.5米，所述防爆装置2的宽度为1.5-2米；

所述防爆装置2设有与预埋螺栓3相适配的孔，所述预埋螺栓3先穿过预埋钢板的孔，再穿过所述防爆装置2上对应的孔，并配合螺母将模块化的所述防爆装置2固定；模块化的防爆装置2布满大坝迎水面表面，形成大坝防护面。

所述防冰装置4通过太阳能供电或大坝自身发电装置供电。

所述防爆装置2的截面形状为矩形，每一块防爆装置2至少设置4个供预埋螺栓3穿过的孔，所述孔的个数为偶数。

所述防爆装置2厚度为30-80cm。

本发明还提供一种大坝防爆及防冰装置的施工方法，具体包括如下步骤：

1）根据水库大坝设计资料和/或历年冬季水库水位确定防冰装置4的安装位置；

2）在大坝迎水面施工预埋钢板和预埋螺栓3，所述防冰装置4的安装位置的预埋螺栓3的伸出高度高于防爆装置2高度；

3）通过预埋螺栓3和螺母固定安装所述防爆装置2；

4）通过预埋螺栓3在防冰装置4的安装位置安装防水电热板。

应当理解，以下说明仅仅为了更进一步理解本申请，是本发明的优选实施方式，所有描述旨在使得本申请更加容易被理解，不应视为对本申请的限制。应当指出：在不脱离本申请发明原理和结构构思的前提下，进一步做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均在本申请保护的范围内。