降低超高面板堆石坝面板挤压应力的坝体结构的制作方法

本实用新型涉及一种降低超高面板堆石坝面板挤压应力的坝体结构。适用于高度超过150m，河床两岸陡峻，按照常规面板堆石坝布置方案进行建造存在面板挤压应力大，挤压破坏风险突出的钢筋混凝土面板堆石坝工程。

背景技术：

目前，在高面板堆石坝建设中出现的面板挤压破坏问题一直是制约超高混凝土面板堆石坝发展的关键问题之一，例如天生桥一级、墨霍尔、巴拉格兰德、肯柏诺沃等坝，河谷部位顶部面板都发生了这种破坏。因此，避免面板发生挤压破坏成为超高面板堆石坝设计中有待解决的重大设计课题，国内外的学者和工程师们对此进行了深入的研究。一般认为提高堆石体模量，减小坝体沉降可以减小面板挤压应力，从而降低面板发生挤压破坏的风险。

上述方案从理论上是可行的，也符合面板堆石坝的变形机理，但提高堆石体模量不仅受制于碾压机具和碾压工艺的发展，与筑坝材料本身性质息息相关，对于具有显著经济和环保价值的当地材料坝，筑坝材料选择余地相对较小，因此该方案在实际应用中还存在一定的局限性，制约高面板堆石坝的应用和发展。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种降低超高面板堆石坝面板挤压应力的坝体结构，以改善坝体的运行条件，优化面板的应力状态，降低面板压应力，甚至消除面板压应力的产生。

本实用新型所采用的技术方案是：一种降低超高面板堆石坝面板挤压应力的坝体结构，其特征在于：该坝体结构沿其轴线依次分为坝体左侧段、坝体中间段和坝体右侧段，其中坝体左侧段和坝体右侧段分别以角度α1和角度α2向上游偏转，形成中间凸向下游的折线型坝体结构，利用蓄水后上游库水对坝体水平向下游的推力作用，使坝体转折部位附近的防渗面板产生拉伸趋势，从而抵消防渗面板浇筑后因坝体沉降而产生的压应力。

所述角度α1与左侧岸坡的坡度和坝体结构高度成正向关系；所述角度α2与右侧岸坡的坡度和坝体结构高度成正向关系。

所述坝体左侧段上游坝面坡比为1：N1；所述坝体中间段上游坝面坡比为1：N；所述坝体右侧段上游坝面坡比为1：N2；其中N1＝N×cosα1，N2＝N×cosα2。

所述坝体左侧段、坝体中间段和坝体右侧段上游坝面坡比满足稳定要求，一般不陡于1:1.3。

所述坝体中间段上游坝面上经连接板连接所述坝体左、右侧段上游坝面上的防渗面板。

当所述坝体中间段长度小于16m时，坝体中间段上游坝面上设置一块所述连接板，该连接板的两侧分别连接所述坝体左、右侧段上游坝面上的防渗面板；

当坝体中间段长度介于16～24m之间时，坝体中间段上游坝面上设置左右两块相连的所述连接板；

当坝体中间段长度大于24m之间时，坝体中间段上游坝面上设置左右两块所述连接板，该坝体中间段的上游坝面上、两连接板之间设置防渗面板。

所述坝体中间段长度大于6m。

一种所述坝体结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：

根据河床的走向及两侧岸坡的地形、地质条件，确定河床部位的坝体中间段布置，以垂直岸坡1地形为原则进行布置；

根据两侧岸坡1的地形坡度和拟修建坝体结构的高度，确定坝体左侧段相对于坝体中间段偏转角度α1，坝体右侧段相对于坝体中间段的偏转角度α2；

根据α1、α2，确定坝体左侧段、坝体中间段和坝体右侧段的上游坝面坡比，其中坝体左侧段上游坝面坡比为1：N1，坝体中间段上游坝面坡比为1：N，坝体右侧段上游坝面坡比为1：N2，N1＝N×cosα1，N2＝N×cosα2，上游坝面坡比满足稳定要求，一般不陡于1:1.3；

根据填筑材料的质量，以及坝体变形控制要求，确定坝体填筑分区以及下游坡比，进行典型断面设计；

根据坝体左侧段、坝体中间段和坝体右侧段布置、坝体断面、地形地质条件，确定趾板布置，根据地质条件和防渗要求，确定趾板结构尺寸和配筋设计；

确定防渗面板和连接板的结构厚度，顶部0.3m～0.35m，底部随高度按(0.003～0.0035)H递增，H为面板顶部至该部位的高差，确定防渗面板和连接板配筋设计，在结构缝附近增设加强筋；

根据结构缝受力和变形特性将结构缝分为连接板周边缝、垂直缝、趾板周边缝、水平缝，根据预测的运行后变形情况以及水头进行结构缝及止水的细部结构设计；

按照“坝基开挖-混凝土趾板施工-坝体填筑-坡面砂浆防护-河床部位大坝上游面板、连接板施工-两侧库岸部位大坝上游面板施工-上游面结构缝表面止水施工-坝顶防浪墙施工-坝顶水平缝施工-坝顶填筑-路面结构施工”的总体顺序进行大坝的施工，混凝土趾板、防渗面板、连接板、防浪墙施工包括与之连接的需预先埋设的结构缝止水施工。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用中间凸向下游的折线型面板堆石坝坝体变形的特性，改善高面板堆石坝面板应力状态，降低甚至消除面板挤压应力，从根本上解决超高堆石坝存在的面板挤压破坏问题。

附图说明

图1为本实用新型的坝体平面布置图。

图2为本实用新型中上游面平切图。

图3为本实用新型中连接板部位典型剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为一种降低超高面板堆石坝面板挤压应力的坝体结构，该坝体结构沿其轴线从其左端到右端为依次相连的坝体左侧段4、坝体中间段3和坝体右侧段5，其中坝体左侧段4左端和坝体右侧段5右端分别以角度α1和角度α2向上游偏转，形成中间凸向下游的折线型坝体结构。本实施例利用坝体结构上游蓄水后对坝体左、右侧段4、5形成的轴向拉伸变形，使坝体左、右侧段4、5的防渗面板7产生拉伸趋势，从而抵消防渗面板7浇筑后因坝体沉降而产生的压应力。

坝体左侧段4和坝体右侧段5的偏转角度α1和α2根据岸坡陡峻的程度、坝高规模、填筑料的力学特性，并参考三维有限元计算成果设置，一般与其同侧岸坡的坡度和坝体结构高度成正向关系。

本实施例中坝体左侧段4上游坝面坡比为1：N1；坝体中间段3上游坝面坡比为1：N；坝体右侧段5上游坝面坡比为1：N2；其中N1＝N×cosα1，

N2＝N×cosα2。本例中坝体左侧段4、坝体中间段3和坝体右侧段5上游坝面坡比满足稳定要求，一般不陡于1:1.3。

坝体中间段3上游坝面上设有连接板6，通过连接板6连接坝体左、右侧段4、5上游坝面上的防渗面板7。当坝体中间段3的轴向长度小于16m时，坝体中间段3上游坝面上仅设置一块连接板6，该连接板的两侧分别连接坝体左、右侧段4、5上游坝面上的防渗面板7，连接板6与坝体左、右侧段4、5上游坝面上的防渗面板7之间采用周边缝10连接；当坝体中间段3轴向长度介于16～24m之间时，坝体中间段3上游坝面上仅设置左、右两块相连的连接板6，连接板6与其相邻的坝体左或右侧段上游坝面上的防渗面板7之间采用周边缝10连接，两块连接板6之间之间通过垂直缝11连接；如图2所示，当坝体中间段3长度大于24m之间时，坝体中间段3上游坝上左右侧设置左、右两块连接板6，该坝体中间段的上游坝面上、两连接板6之间设置防渗面板7，连接板6与其相邻的坝体左或右侧段上游坝面上的防渗面板7之间采用周边缝10连接，连接板6与坝体中间段3上游坝面上的防渗面板7之间采用垂直缝11连接。

如图3所示，本实施例中防渗面板7以及连接板6与下方的趾板9之间采用周边缝10连接，防渗面板7以及连接板6上端与防浪墙8之间采用水平缝13连接。

本实施例的具体实施步骤如下：

根据河床2的走向及两侧岸坡1的地形、地质条件，确定河床2部位的坝体中间段3布置，在无特殊地质条件影响下，以垂直岸坡地形为原则进行布置，减少坝体中间段3的填筑规模。当河床2狭窄，坝体中间段3的轴向长度以便于施工为原则控制，建议不小于6m。

根据两侧岸坡1的地形坡度和拟修建坝体结构的高度，确定坝体左侧段4相对于坝体中间段3偏转角度α1，坝体右侧段5相对于坝体中间段3的偏转角度α2，为了选择合适布置角度，采用三维数值模拟计算对不同的布置方案进行对比分析。

根据α1、α2，确定坝体左侧段4、坝体中间段3和坝体右侧段5的上游坝面坡比，其中坝体左侧段4上游坝面坡比为1：N1，坝体中间段3上游坝面坡比为1：N，坝体右侧段5上游坝面坡比为1：N2，N1＝N×cosα1，N2＝N×cosα2，确定参数N、N1、N2，上游坝面坡比满足稳定要求，一般不陡于1:1.3。

根据填筑材料的质量，以及坝体变形控制要求，确定坝体12填筑分区以及下游坡比，进行典型断面设计。

根据坝体左侧段4、坝体中间段3和坝体右侧段5布置、坝体断面、地形地质条件，确定趾板9布置，根据地质条件和防渗要求，确定趾板9结构尺寸和配筋设计。

确定防渗面板7和连接板6的结构厚度，顶部0.3m～0.35m，底部随高度按(0.003～0.0035)H递增，H为面板顶部至该部位的高差，确定防渗面板7和连接板6配筋设计，在结构缝附近增设加强筋。

根据结构缝受力和变形特性将结构缝分为周边缝10、垂直缝11、水平缝13，根据预测的运行后变形情况以及水头进行结构缝及止水的细部结构设计。

按照“坝基开挖-混凝土趾板施工-坝体填筑-坡面砂浆防护-河床部位大坝上游面板、连接板施工-两侧库岸部位大坝上游面板施工-上游面结构缝表面止水施工-坝顶防浪墙施工-坝顶水平缝施工-坝顶填筑-路面结构施工”的总体顺序进行大坝的施工，混凝土趾板、防渗面板7、连接板6、防浪墙8施工包括与之连接的需预先埋设的结构缝止水施工。