强震区高土石坝抗震结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利水电工程领域，具体涉及一种强震区高土石坝抗震结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]对建于强震区的高土石坝而言，常用的抗震措施有加宽坝顶、预留坝顶超高、坝体断面分区、提高坝料填筑标准、基础处理以及坝顶加筋等等。现有的强震区高土石坝抗震结构采用坝体上部设土工格栅的加筋措施，依靠土工格栅与堆石间的摩擦以及格栅网孔与堆石的嵌锁咬合作用抑制堆石体的侧向位移，可防止地震过程中坝顶堆石体的松动或滚落，改善土石坝的抗震稳定性。
[0003]土工格栅主要提高了加筋堆石体的抗剪强度，使得坝坡潜在滑裂面向坝体深层发展，增强了堆石体的抗震性能。但是现有的强震区高土石坝抗震结构存在以下缺陷:1)、由于土工格栅刚度小并仅设置在坝体堆石内，对降低强震时坝体位移效果不明显；对抑制坝坡地震滑移或坍塌变形作用不明显；对提高坝体顶部极限抗震能力效果也不明显；2)、土工格栅的耐久性差并且设置在土石坝坝体内，常因堆石碾压引起土工格栅损伤，使得土工格栅的抗震效果大打折扣。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种抗震性能更好的强震区高土石坝抗震结构。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:强震区高土石坝抗震结构，包括设置在高土石坝坝体内的坝内框格和设置在高土石坝坝面内并与坝内框格相连接的坡面框格；所述坝内框格包括沿顺河向设置的坝内框格横梁和沿坝轴向设置的坝内框格纵梁；所述坡面框格包括顺坡向框格梁和水平向框格梁。
[0006]进一步的是，该抗震结构设置在高土石坝坝体高程的3/4?4/5坝高处至高土石坝坝顶范围内；所述坝内框格设置在高土石坝坝体的堆石区和过渡区内，且坝内框格至少为两层并沿高土石坝坝体的高程方向间隔设置。
[0007]进一步的是，所述坝内框格横梁和坝内框格纵梁均为两根以上；每根坝内框格横梁由至少两根首尾相连的预制混凝土柱组成；所述坝内框格纵梁为连接在相邻的两根坝内框格横梁之间的预制混凝土柱。
[0008]进一步的是，所述预制混凝土柱上设有防锈连接部，任意两根相连的预制混凝土柱均通过防锈连接件将彼此相对应的防锈连接部连接在一起。
[0009]进一步的是，所述顺坡向框格梁和水平向框格梁均为两根以上，且与同一根水平向框格梁相连并位于其上下两侧的顺坡向框格梁不共线。
[0010]进一步的是，所述水平向框格梁高度方向的下端延伸并嵌入坝料内，所述坝内框格横梁靠近高土石坝坝面的端部与水平向框格梁嵌入坝料内的部分锚固在一起。
[0011]进一步的是，所述坡面框格为现浇混凝土框格，且在顺坡向框格梁和水平向框格梁交接所形成的网格内设有浆砌石。
[0012]进一步的是，该抗震结构还包括土工格栅；所述土工格栅至少为两层并沿高土石坝坝体的高程方向间隔设置，且位于下侧的土工格栅靠近高土石坝坝面的端部沿高土石坝坡面向上包裹坝料并与其相邻上侧的土工格栅搭接2m以上。
[0013]本发明还提供了一种用于施工上述强震区高土石坝抗震结构的方法，其包括下列步骤:
[0014]a、将高土石坝坝体填筑至坝体设计高程的3/4?4/5坝高范围内的某一处；
[0015]b、将基础面碾压平整并在高土石坝坝体的堆石区和过渡区范围内铺设坝内框格；沿顺河向铺设坝内框格横梁，沿坝轴向铺设坝内框格纵梁，并将坝内框格横梁和坝内框格纵梁连接在一起形成坝内框格；
[0016]C、继续填筑并静碾压特定高度的高土石坝坝料，所述特定高度小于等于高土石坝坝体设计高程的1/5?1/4 ;
[0017]d、重复步骤b和C，直至填筑高度达到高土石坝坝体的设计高程为止；
[0018]e、将坝料表面修平整并在坝料表面设置与坝内框格相连的坡面框格，所述坡面框格包括沿坝料坡面向上设置的顺坡向框格梁和沿坝轴向水平设置的水平向框格梁。
[0019]进一步的是，在进行步骤a之前，先在高土石坝坝区内选择场地，浇筑成型多根预制混凝土柱，并妥善存放；
[0020]步骤b中，所述坝内框格横梁和坝内框格纵梁均为两根以上；每根坝内框格横梁由至少两根首尾相连的预制混凝土柱组成；所述坝内框格纵梁为连接在相邻的两根坝内框格横梁之间的预制混凝土柱；
[0021]步骤c还包括，填筑坝料的同时在所填筑的坝料内沿高土石坝坝体的高程方向间隔设置的两层以上土工格栅，相邻的两层土工格栅之间的距离为I?3m ;且位于下侧的土工格栅靠近高土石坝坝面的端部沿高土石坝坡面向上包裹坝料，并与其相邻上侧的土工格栅搭接2m以上；
[0022]步骤e中，在设置坡面框格前，先在坝料表面设置坡面框格底线，然后沿坡面框格底线进行浇筑，形成坡面框格；浇筑时，使水平向框格梁的下端延伸嵌入坝料内，接着与坝内框格横梁靠近高土石坝坝面的端部上设置的锚筋锚固在一起；
[0023]该施工方法还包括步骤f、在顺坡向框格梁和水平向框格梁交接所形成的网格内设置浆砌石。
[0024]本发明的有益效果是:通过沿顺河向设置的坝内框格横梁和沿坝轴向设置的坝内框格纵梁可以抵抗相应方向的地震力，提高了高土石坝的抗震性能；同时，坝内框格与坝料的摩擦及坝内框格横梁和坝内框格纵梁交接形成的网孔可与坝料的嵌锁咬合，抑制坝料的侧向位移，防止地震过程中坝料的松动或滚落；而且，设置在高土石坝坝面内的坡面框格对地震过程中坝坡滑移或坍塌变形具有良好的抑制作用；此外，坝内框格与坡面框格连接后相互作用，明显提高了坝体顶部的极限抗震能力。
【附图说明】
[0025]图1是本发明中强震区高土石坝抗震结构的实施结构示意图；
[0026]图2是图1中A处的局部放大图；
[0027]图3是图1中B处的局部放大图；
[0028]图4是坝内框格的俯视结构示意图；
[0029]图5是坡面框格在图1中P向的视图；
[0030]图6是本发明中施工方法的施工流程图；
[0031]图中标记为:坝内框格1、坝内框格横梁11、坝内框格纵梁12、防锈连接件13、坡面框格2、顺坡向框格梁21、水平向框格梁22、土工格栅3、坝料4、心墙5、反滤区6。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0033]结合图1、图2、图3、图4和图5所示，强震区高土石坝抗震结构，包括设置在高土石坝坝体内的坝内框格I和设置在高土石坝坝面内并与坝内框格I相连接的坡面框格2 ;所述坝内框格I包括沿顺河向设置的坝内框格横梁11和沿坝轴向设置的坝内框格纵梁12 ;所述坡面框格2包括顺坡向框格梁21和水平向框格梁22。其中，坝内框格I和坡面框格2可采用金属、砼、钢筋混凝土等材料制作；设置时，先将基础面修平整。所述顺河向即为沿河流的流向，所述坝轴向即为高土石坝坝体的长度方向。顺坡向框格梁21沿着坝料4的坡面向上设置，水平向框格梁22沿坝轴向水平设置。
[0034]具体的，该抗震结构设置在高土石坝坝体高程的3/4?4/5坝高处至高土石坝坝顶范围内；所述坝内框格I设置在高土石坝坝体的堆石区和过渡区内，且坝内框格I至少为两层并沿高土石坝坝体的高程方向间隔设置。坝内框格I设置时，不进入反滤区。相邻两层坝内框格I之间的距离通常为2?10m。
[0035]优选的，如图1和图4所示，所述坝内框格横梁11和坝内框格纵梁12均为两根以上；每根坝内框格横梁11由至少两根首尾相连的预制混凝土柱组成；所述坝内框格纵梁12为连接在相邻的两根坝内框格横梁11之间的预制混凝土柱。预制混凝土柱结构简单、易于制作，且具有较好的耐久性和防碾压性，利于坝体填筑施工，保证了施工进度及该抗震结构的寿命；预制混凝土柱可在坝体填筑前预先预制，施工过程中，即使由于操作原因导致某一根或几根预制混凝土柱损坏，可及时取出进行更换，互换性很好；施工人员可根据坝内框格横梁11或坝内框格纵梁12需要施工的长度选取适当数量的预制混凝土柱，施工更方便，更符合实际应用的需要。
[0036]在上述基础上，为了利于两根预制混凝土柱之间的连接和防锈，再如图4所示，所述预制混凝土柱上设有防锈连接部，任意两根相连的预制混凝土柱均通过防锈连接件13将彼此相对应的防锈连接部连接在一起。其中，防锈连接部可以有多种实施方式，例如:设置在预制混凝土柱上的连接柱、预埋在预制混凝土柱内的不锈钢连接钩等等，本发明优选为图4中所示的“[”形钢筋连接部，该钢筋连接部的表面涂有防锈涂料，其两个端部预埋在预制混凝土柱内。防锈连接件13可以采用表面涂有防锈涂料的金属、不锈钢等材料制成，优选为表面涂有防锈涂料的柔性钢绞线。
[0037]优选的，如图1和图5所示，所述顺坡向框格梁21和水平向框格梁22均为两根以上，且与同一根水平向框格梁22相连并位于其上下两侧的顺坡向框格梁21不共线。顺坡向框格梁21不共线的设置方式使得坡面框格2内上下相邻的两格相互错位，避免了上下相邻的两格所围的坡面共同滑移或坍塌，因此所形成的坡面框格2能够更好防止高土石坝坝坡滑移或坍塌变形，进一步提高了该抗震结构的抗震性能。
[0038]为了使得坝内框格I和坡面框格2能够更好的