一种高速过流面的保护结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大坝泄洪道高速过流面保护的设计及施工技术领域，具体为一种高速过流面的保护结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]随着巴基斯坦水电技术的开发，在水坝建设中，出现了越来越多的中高型水坝。水坝在高水位提闸泄洪时，高速水流对溢洪道表面的冲刷磨损，一直是泄洪道抗冲耐磨的关键考虑因素。目前，溢洪道普遍采用高强度混凝土或钢板结构护面，但在某些河流中，电站上游河床两岸岩体破碎，在雨季，洪水爆发时，携带大量崩塌的碎石进入库区，使库区水位处于超常高水位，泄洪道一旦提闸，高速水流夹杂块石涌入泄洪道以及消力池，从而导致泄洪道表面混凝土极易被块石损毁，在水流的长期冲刷下，进而形成大面积永久性破坏，严重影响工程永久建筑物的使用寿命以及工程安全。
[0003]在水电站溢洪道设计中，高速过流面一般采用高强度混凝土作为抗冲耐磨材料，但对于一些泥沙含量较少而块石含量较多的河床，闸门下游溢洪道消力池内淤积的薄层泥沙和块石在大坝提闸时，容易被高速水流冲走，块石伴随着高速水流进而对溢洪道底板造成直接损坏。在岩石裂隙非常发育的河流中修建水电站，块石撞击电站溢洪道造成高速过流面破坏的现象更为明显，高强度混凝土在这样恶劣的水流环境下难以达到抗冲耐磨和保证溢洪道安全的特性要求。
【发明内容】
[0004]针对现有泄洪道高速过流面设计技术中存在的问题，本发明提供一种设计合理、安全可靠、效果优良，能长久保护泄洪道高速过流面结构及其施工方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006]一种高速过流面的保护结构，包括依次浇注连接的基层一期混凝土，中间过渡层的二期混凝土，及保护面层的花岗岩；所述一期混凝土的顶面设置一期结构混凝土钢筋，所述二期混凝土的顶面设置二期混凝土面层钢筋；一期混凝土和二期混凝土内部通过U型筋拉接，二期混凝土与花岗岩内部通过弯头锚筋或直锚筋拉接；保护面层的花岗岩成阵列排布，相邻花岗岩之间填充缝隙混凝土，相邻两列的花岗岩错缝摆放。
[0007]优选地，所述保护面层由分仓施工的仓位组成，相邻仓位之间设置施工缝，相邻仓位之间的施工缝成方形齿状交错结构。
[0008]优选地，所述二期混凝土内部还包括支撑架，所述支撑架包括支撑架螺纹钢、支撑架角钢及支撑架扁钢组成的水平钢架，支腿螺纹钢和支腿螺纹钢组成的钢架支腿，水平钢架与钢架支腿焊接固定。
[0009]优选地，所述花岗岩底部设置有锚杆孔，弯头锚筋的直头端或直锚筋一端设置在所述锚杆孔内，并通过注入添加有膨胀剂的水泥浆液固定。
[0010]优选地，所述一期混凝土的强度C30 ;所述二期混凝土和缝隙混凝土均为高强度E50双纤维混凝土，所述双纤维为钢纤维和聚丙烯纤维。
[0011]一种高速过流面保护结构的施工方法，包括以下步骤:
[0012]I)在施工面上修建基层一期混凝土及预埋U型筋，并安装一期结构混凝土钢筋；然后绑扎二期混凝土面筋，在花岗岩块安装的高程面焊接支撑架；
[0013]2)在二期混凝土面筋上依次铺排底部固定有弯头锚筋的花岗岩块，错缝摆放并预留混凝土入仓口 ；一期混凝土和花岗岩块之间形成含有钢筋网的箱体空间；
[0014]3)从混凝土入仓口采用灌注浇筑法向箱体空间浇注混凝土，完成中间过渡层二期混凝土 ；
[0015]4) 二期混凝土浇筑完成之后，在预留混凝土入仓口安装预先加工了通孔的花岗岩，然后沿着通孔插入直锚筋并进行灌浆，封盖混凝土入仓口 ；
[0016]5)当灌注的混凝土达到凝期后，采用砂轮机对过流面花岗岩块接缝处的缝隙混凝土进行磨光处理，使之形成光滑平整的过流面。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述底部固定有弯头锚筋的花岗岩块制作方法为，花岗岩块被加工成标准尺寸的方块，通过钻锚杆孔、注浆，弯头锚筋与花岗岩块制作成为一个整体。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述支撑架形成凸弧段、凹弧段和/或水平段的支撑面，用于支撑花岗岩块；支撑架包括支撑架螺纹钢、支撑架角钢及支撑架扁钢组成的水平钢架，支腿螺纹钢和支腿螺纹钢组成的钢架支腿，水平钢架与钢架支腿焊接固定。
[0019]作为本发明的进一步改进，二期混凝土采用高强度E50双纤维混凝土，并且在迎着水流方向的二期混凝土面层一侧设置临时施工缝止水带。
[0020]作为本发明的进一步改进，所述保护面层分仓施工，相邻仓位之间设置施工缝，相邻仓位之间的施工缝成方形齿状交错结构。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0022]本发明一种高速过流面的保护结构，用于恶劣的河床地质条件下中高型水坝溢洪道工程。通过采用标准的花岗岩块施工，并且在花岗岩块安装之前加工花岗岩钢支撑架，可方便实现花岗岩表面轮廓控制，从而满足A级过流面施工要求。采用弯头锚筋增加花岗岩块与溢洪道混凝土的锚固力，并在一期混凝土浇筑时预埋U型钢筋，使得溢洪道相对独立的三层结构最终融为一体，形成表面坚硬内部稳定的整体结构。安装U型筋目的是增加与之后灌注的高强度双纤维混凝土的结合力。
[0023]本发明不但设计理念新颖、安全可靠、操作方便；通过对溢洪道高速过流面层的材质进行优化设计，大大增强了溢洪道永久建筑物的抗冲耐磨性能，提高水坝的质量以及外观效果。
[0024]进一步地，与高强度混凝土抗磨层比，避免了面层混凝土的温度应力问题，避免了产生温度裂缝的可能。
[0025]进一步地，花岗岩被加工成高度尺寸大于其它边长尺寸的棱柱体，可增加其自身稳定性对整体结构稳定性的有利影响。
[0026]进一步，支撑架的支撑作用完成后，便和二期混凝土固定在一起，起到加强中间过渡层强度的作用。
[0027]进一步，相邻仓位之间设置方形齿状交错形式的施工缝，增加相邻仓位之间的摩擦力。
[0028]本发明一种高速过流面的保护结构的施工方法，通过采用标准的花岗岩块施工，并且在花岗岩块安装之前加工花岗岩钢支撑架，可方便实现花岗岩表面轮廓控制，从而满足A级过流面施工要求。施工简单，周期短，成本低。从工程生命全周期考虑，投资相对较低。
[0029]进一步地，花岗岩块在场外加工，质量保证率高，节省工期。
[0030]进一步地，保护面层分仓施工，相邻仓位之间设置方形齿状交错形式的施工缝，增加相邻仓位之间的摩擦力。
【附图说明】
:
[0031]图1为本发明中高速过流面的保护结构断面示意图；
[0032]图2为凸弧段花岗岩块底部型钢结构支撑架示意图；
[0033]图3为凹弧段及水平段花岗岩块底部型钢结构支撑架示意图；
[0034]图4为花岗岩块安装施工示意图；
[0035]图5为单个仓位的花岗岩块错缝摆放及施工缝示意图；
[0036]图6为花岗岩二期混凝土入仓及混凝土振捣施工工艺图。
[0037]图中:1为花岗岩块；2为二期混凝土 ；3为一期混凝土 ；4为锚杆孔；5为弯头锚筋；6为缝隙混凝土 ；7为二期混凝土面层钢筋；8为U型钢筋；9为一期结构混凝土钢筋；10为大振捣器；11为小振捣器；12为混凝土吊罐；13为混凝土入仓口 ；14为施工缝；15为临时施工缝止水带；16为小型吊车；17为花岗岩专用夹具；18为支撑架螺纹钢；19为支撑架角钢；20为支撑架扁钢；21为支腿螺纹钢。
具体实施例
[0038]本发明是溢洪道或类似高速过流面的一种设计及其施工方案，下面对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0039]如图1所示，为本发明一种高速过流面的保护结构，作为永久结构的溢洪道底板结构(高速过流面保护结构)由三层结构构成，包括保护面层的天然花岗岩1，中间过渡层的二期高强度E50双纤维混凝土 2，以及基层一期C30常态混凝土 3。相邻花岗岩I之间设置有间隙，间隙填充缝隙混凝土(高强度双纤维混凝土)6。一期混凝土 3，二期混凝土 2以及花岗岩I三者构成溢洪道底板时，每层结构之间通过不同形式钢筋5/8，将不同的结构连接在一起，其中一期混凝土 3和二期混凝土 2之间为U型筋8连接，U型筋8倒置设置，U型口一端埋设在一期混凝土 3内，U型端埋设在二期混凝土 2内；二期混凝土 2与花岗岩I之间为L型锚筋(弯头锚筋)5连接，通过上述工艺形成外表坚硬内部稳定的结构物。L型锚筋(弯头锚筋)5的直头端固定在花岗岩I内，弯头端埋设在二期混凝土 2内。一期混凝土3的顶面设置一期结构混凝土钢筋9，二期混凝土 2的顶面设置二期混凝土面层钢筋7。
[0040]一种高速过流面保护结构的施工方法，包括以下步骤:
[0041]I)在施工面上修建基层一期混凝土 3及预埋U型筋8，并安装一期结构混凝土钢筋9 ;然后绑扎二期混凝土面筋7，在花岗岩块I安装的高程面焊接支撑架；
[0042]2)在二期混凝土面筋7上依次铺排底部固定有弯头锚筋5的花岗岩块1，错缝摆放并预留混凝土入仓口 13 ;—期混凝土 3和花岗岩块I之间形成含有钢筋网的箱体空间