专利名称：锚固混凝土挡墙堆石坝及其构筑方法
技术领域：
本发明属于水力工程技术领域，具体涉及ー种锚固混凝土挡墙堆石坝，还涉及该锚固混凝土挡墙堆石坝的构筑方法。
背景技术：
大坝作为水利工程领域中常用的挡水建筑已有非常久远的历史，人们在很早的时候便利用大坝拦河蓄水，除害兴利。大坝的类型根据坝址的自然条件、建筑材料、施工场地、导流、エ期、造价等综合进行比较并选定，基本上可分为混凝土坝和土石坝两大类。凝土坝主要包括重力坝、拱坝和支墩坝三种类型重力坝是依靠坝体自重与基础间产生的摩擦力来承受水的推力而维持稳定的坝型，其优点是结构简单、施工容易、耐久性好、适宜于岩基上进行高坝的修建，便于泄水建筑物的设置；拱坝为一空间壳体结构，平面上呈拱形，坝面凸向上游，利用拱的作用将所承受的水平载荷变为轴向压カ传至两岸基岩，两岸拱座支撑坝体以保持坝体稳定，拱坝具有较高的超载能力，在两岸岩基较为坚硬完整的狭窄河谷坝址，特别适于建造拱坝；支墩坝是由倾斜的盖面和支墩组成，支墩支撑着盖面，水压カ由盖面传给支墩，再由支墩传给地基，支墩坝是最经济可靠的坝型之一，与重力坝相比具有体积小、造价低、适应地基的能力较强等优点。土石坝包括土坝、堆石坝、土石混合坝等，是由ー种或多种土石材料经碾压夯实填筑而成的，具有施工简便、就地取材、料源丰富、地质条件要求低、造价便宜等诸多优势，一般土石坝是由坝体、防渗体、排水体、护坡等几部分組成。土石坝工程的建设，历史久远，有丰富的成功经验，已经建成的数量多，是水利水电工程中极为重要的ー种坝型。即便如此，现在大坝工程的设计工作很多还是经验性的，坝体的工作特性在理论上尚有待于进ー步论证，并且在实际运行过程中依旧存在ー些问题亟待解決。对于混凝土坝而言，一般重力坝的体积过大，水泥用量多，混凝土浇筑体的温度应カ控制难度大；而拱坝对地基和两岸岩石要求较高，施工上亦较重力坝难度大；支墩坝对地基条件的要求较高，目前应用的数量也较少。而针对土石坝来说，由于大坝的主体多为不同粒径的散粒体土石材料，它同时也能够较大程度地适应坝基可能产生的不均匀沉降变形，因此，作为挡水高坝的重要类型具有明显地优势。但是，土石材料的工程特性决定了在其自重和水荷载作用下会产生较大的变形，尽管目前在施工中所采用的薄层碾压技术已经逐步取代了以往的抛填堆石，很大程度上提高了堆石体的密实度和弹性模量，但堆石体的变形问题仍旧存在。并且，坝体的填筑方量较大。同时，对于碾压式土石坝中的非土料防渗体坝，如混凝土面板堆石坝、混凝土心墙坝等，还会存在由于刚度过大的防渗结构与堆石体之间的变形无法协调所导致的一系列问题。此外，当前针对坝体的抗震稳定性及其动カ特性和破坏机理的深入研究相对较少，国内外尚缺乏大坝抗震设计的工程经验，所采取的抗震措施缺乏必要的理论依据。坝址位于地震烈度较高地区的大坝为满足抗震要求，坝坡设计相对较缓，导致在坝高一定的前提下，坝体底宽较大，这不仅使得输水建筑物和泄水建筑物长度増加，枢纽布置不够紧凑，、更为重要的是导致坝体的断面面积扩大，増大了大坝的填方量，达不到经济、节约的目的，造成不必要的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种锚固混凝土挡墙堆石坝，有效地改善已有坝型所存在堆石体填筑方量大、坝体变形大且与防渗体之间变形不协调的问题。本发明的另ー目的是提供上述锚固混凝土挡墙堆石坝的构筑方法。本发明所采用的技术方案是，一种锚固混凝土挡墙堆石坝，其特征在于，包括位于坝体上游侧的混凝土挡墙，混凝土挡墙的后方为堆石体，堆石体包括堆石区、以及设置在混凝土挡墙和堆石区之间的过渡层，堆石区的下方从上到下依次设置有水平排水体和反滤 层，坝体下游侧为下游护坡；还包括按照高度方向均匀布设在混凝土挡墙、过渡层和堆石区内的多个锚固体组，各锚固体组由在水平方向上间隔且均匀布设的多个锚固体组成，各锚固体的一端固定在混凝土挡墙内且另一端穿过过渡层并固定在堆石区内；混凝土挡墙由沿坝轴线方向分布的多个墙段组成，相邻两个墙段之间留有施工缝，各施工缝内填充有浙青玛蹄脂。各锚固体均包括套管以及轴向布设在该套管内的多个钢绞线，套管位于混凝土挡墙内的一端固定有锚具，锚具的外侧固定有预制混凝土锚板；套管位于堆石区内的一端内部设置有导向帽且外部设置有端部锚板，导向帽与端部锚板固定连接，多个钢绞线的一端与锚具固定连接且另一端与导向帽固定连接，套管内间隔布设有多个径向方向的隔离架，套管位于混凝土挡墙与过渡层之间的位置上套装有钢套筒。各锚固体的钢套管上均预留有灌浆管和回浆排气管，且灌浆管和回浆排气管的外端均出露于混凝土挡墙的外部。各施工缝内均设置有浙青井，浙青井包括两个对开直角槽型预制混凝土模板，两个预制混凝土模板分别位于相邻两个混凝土挡墙的墙段内，在两个预制混凝土模板内设置有纵向方向的电阻加热棒。电阻加热棒由多段钢筋通过焊接而成，且在其对应的浙青井内设置有水平方向的用于固定电阻加热棒的多个固定片。本发明所采用的另ー技术方案是，上述锚固混凝土挡墙堆石坝的构筑方法，其特征在于，具体步骤如下步骤一、浇筑混凝土挡墙混凝土挡墙在沿坝轴线方向上分段进行浇筑，每个墙段沿高度亦分层浇筑；在混凝土挡墙的布设位置搭设模板，该模板高度搭设至锚固体的布设高程处，随后进行混凝土的浇筑，浇筑结束后布置该锚固体的预制混凝土锚板和锚具，并继续进行下ー级混凝土挡墙的模板搭建和混凝土的浇筑工作，浇筑过程中应确保锚固体的灌浆管和回浆排气管的外端均出露于混凝土挡墙的外部；其中，在进行混凝土挡墙浇筑时，在混凝土挡墙模板侧面预先布置预制混凝土模板，待混凝土挡墙浇筑完成后，拆除模板，在两个相邻墙段的预制混凝土模板之间安装电阻加热棒，以构成浙青井，随后在该浙青井内灌入浙青玛蹄脂；保证浙青井、电阻加热棒、浙青玛蹄脂的闻度与混凝土挡墙的烧注闻度相一致；步骤ニ、填筑堆石体采用薄层碾压方法，使用过渡料和堆石料同时进行填筑，以构成过渡层和堆石区；在过渡层和堆石区上升至步骤一中锚固体布置高程时，保证锚固体水平并使端部锚板在堆石区内被压密固定；步骤三、锚固体注浆通过灌浆管对锚固体进行注浆，以回浆排气孔不再排气且浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准；
注浆完成后，重复步骤一至步骤三，以继续进行后续的填筑施工，并保证毎次堆石体填筑的范围和高度应与混凝土挡墙每次浇筑的范围和高度保持一致。本发明锚固混凝土挡墙堆石坝的有益效果是，坝体的上游侧为混凝土挡墙，混凝土挡墙的两个相邻墙段之间设置施工缝，并在施工缝内采用浙青玛蹄脂填充，由此构成了坝体的防渗结构。在混凝土挡墙的后方填筑堆石体，混凝土挡墙通过锚固体与堆石体联系为一体，目的在于有效地解决已有坝型所存在坝体变形大且与防渗体之间变形不协调等问题，增强了坝体结构的整体性。该坝型还缩小了坝体截面尺寸，在结构稳定的前提条件下大幅度地減少了填方量，既能保证安全，又能够降低成本。本发明锚固混凝土挡墙堆石坝构筑方法，エ期短、造价低、步骤简单，操作方便，施エ效果好。
图I是本发明锚固混凝土挡墙堆石坝的结构示意图；图2是本发明中锚固体的结构示意图；图3是本发明中混凝土挡墙的结构示意图；图4是本发明中施工缝和浙青井的平面结构示意图；图5是本发明中施工缝和浙青井的纵向截面示意图。图中，I.混凝土挡墙，2.过渡层，3.堆石区，4.下游护坡，5.水平排水体，6.反滤层，7.锚固体，8.锚具，9.预制混凝土锚板，10.钢绞线，11.套管，12.钢套筒，13.灌浆管，14.回浆排气管，15.隔离架，16.导向帽，17.端部锚板，18.施工缝，19.浙青玛蹄脂，20.浙青井，21.预制混凝土模板，22.电阻加热棒，23.固定片，24.焊接接头。
具体实施例方式如图I所示，本发明锚固混凝土挡墙堆石坝，包括位于坝体上游侧的混凝土挡墙1，混凝土挡墙I的后方为堆石体，堆石体包括堆石区3和过渡层2，过渡层2设置在混凝土挡墙I和堆石区3之间，堆石区3的下方从上到下依次设置有水平排水体5和反滤层6，坝体下游侧为下游护坡4。结合图2所示，按照高度方向均匀在混凝土挡墙I、过渡层2和堆石区3内布设多个锚固体组，各锚固体组由在水平方向上间隔且均匀布设的多个锚固体7组成，各锚固体7的一端固定在混凝土挡墙I内且另一端穿过过渡层2并固定在堆石区3内。各锚固体7均包括套管11、以及轴向布设在该套管11内的多个钢绞线10。套管11位于混凝土挡墙I内的一端固定有锚具8，锚具8的外侧固定有预制混凝土锚板9，通过预制混凝土锚板9实现锚固体7与混凝土挡墙I的固定连接。套管11位于堆石区3内的一端的内部设置有导向帽16，且套管11位于堆石区3内的一端的外部设置有混凝土材质的端部锚板17，导向帽16与端部锚板17固定连接。端部锚板17的设计不仅能固定钢绞线10，还能能够更好的发挥锚固体7的粘结摩阻效果，增强锚固体7与堆石体之间的挤压加固作用。在套管11内，多个钢绞线10的一端与锚具8固定连接，且该多个钢绞线10的另一端与导向帽16固定连接。套管11内间隔布设有多个径向方向的隔离架15，隔离架15能够有助于较长的钢绞线10在套管11内部的布设。套管11位于混凝土挡墙I与过渡层2之间的位置上套装有钢套筒12。钢套筒12有助于锚固体7在布设过程中的定位，并且能够抵抗此处较大的剪切力的作用，保护锚固体7内部结构的完好。各锚固体7的钢套筒12上均预留有灌浆管13和回浆排气管14，灌浆管13和回浆排气管14为锚固体7注浆所用。且灌浆管13和回浆排气管14的外端均出露于混凝土挡墙I的外部。如图3所示，混凝土挡墙I由沿坝轴线方向分布的多个墙段组成，每个墙段长度为4m 5m。相邻两个墙段之间留有宽度为5cm的施工缝18，各施工缝18内填充有浙青玛蹄脂19。浙青玛蹄脂19可以适应混凝土挡墙I各个墙段之间由于不均匀沉降所引起的相对错动变形，有效地改善混凝土挡墙I的受カ状态，同吋，由于浙青玛蹄脂19的材料抗渗性能良好，可以保证混凝土挡墙I在蓄水期的整体防渗效果达到预定的要求。如图4和图5所示，各施工缝18内均设置有浙青井20。浙青玛蹄脂19是通过浙青井20来完成填充浇筑的。浙青井20包括两个对开直角槽型预制混凝土模板21，两个预制混凝土模板21分别位于相邻两个混凝土挡墙I的墙段内。在两个预制混凝土模板21内设置有纵向方向的电阻加热棒22。电阻加热棒22是由の16的圆钢筋构成，应确保其连接通畅，通电良好，其为两根单循环布置，通过对电阻加热棒22通电加热，使周边的浙青玛蹄脂19熔融软化，进而充满整个施工缝18。浙青井20内的电阻加热棒22是由若干段一定长度的钢筋沿坝高方向分段焊接而成，两段电阻加热棒22之间的相连接的部位为焊接接头24，焊接接头24的截面面积应大于钢筋截面面积，以保证整个电阻加热棒22电流通畅、通电加热功能完好。在浙青井20内设置有水平方向的用于固定电阻加热棒22的多个固定片23，固定片23能够有效地避免电阻加热棒22发生绞扭而导致短路熔断的情况发生。固定片23由绝缘材料制成，保证两排电阻加热棒22能被有效地固定隔离，以防缠绕到一起发生短路熔断的情況。锚固混凝土挡墙堆石坝的构筑方法，具体步骤如下步骤一、浇筑混凝土挡墙I混凝土挡墙I在沿坝轴线方向上分段进行浇筑，每个墙段沿高度亦分层浇筑。其中，在混凝土挡墙I的布设位置搭设模板，该模板高度搭设至锚固体7的布设高程处，随后进行混凝土的浇筑。浇筑结束后布置该锚固体7的预制混凝土锚板9和锚具8，并继续进行下ー级混凝土挡墙I的模板搭建和混凝土的浇筑工作。浇筑过程中应确保锚固体7的灌浆管13和回浆排气管14的外端均出露于混凝土挡墙I的外部，以便后续注浆工作的顺利进行，经过一段时间的养护，开始下一阶段的施工。其中，在进行混凝土挡墙I浇筑前吋，在混凝土挡墙I模板侧面预先布置预制混凝、土模板21。待混凝土挡墙I浇筑完成后，拆除模板，在两个相邻墙段的预制混凝土模板21之间安装电阻加热棒22，以构成浙青井20。随后在该浙青井20内灌入浙青玛蹄脂19。保证浙青井20、电阻加热棒22、浙青玛蹄脂19的高度与混凝土挡墙I的浇注高度相一致。即在施工过程中，浙青井20的高度是随着坝体高度的增加而增加的，电阻加热棒22也随着浙青井20高度的增加而不断焊接延长，浙青玛蹄脂19亦随着施工的进行而不断补充，以保证施工缝18能够被内部的浙青玛蹄脂19填充密实。采用浙青玛蹄脂是因为普通浙青粘度较低，在炎热气候条件下易软化流动，给施エ带来困难，在熔融的浙青中掺入一定比例的水泥干粉制成浙青玛蹄脂，能使材料在沸点不变的情况下粘度増大，以保证在天气炎热时不发生流动塌垮。步骤ニ、填筑堆石体当混凝土挡墙I的一个墙段完成一定高度的浇筑并养护结束后，进行墙后堆石体的填筑工作。采用薄层碾压方法，使用过渡料和堆石料同时进行填筑，平起施工，均匀上升，以构成过渡层2和堆石区3。在过渡层2和堆石区3上升至步骤一中锚固体7布置高程吋，保证锚固体7水平并使端部锚板17在堆石区3内被压密固定。步骤三、锚固体7注浆通过灌浆管13对锚固体7进行注浆，以回浆排气孔14不再排气且浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。上述过程是设置ー组锚固体7的步骤，设置多组锚固体7的步骤按照高程和上述程序循环进行。注浆完成后，重复步骤一至步骤三，以继续进行后续的填筑施工，并保证毎次堆石体填筑的范围和高度应与混凝土挡墙I每次浇筑的范围和高度保持一致。本发明解决了现有混凝土坝所存在的材料用量过大、温度应カ难以控制的问题，同时由于锚固体的存在，减小了碾压堆石体与混凝土挡墙之间在自重及外荷载作用下的变形差异，控制由于堆石体变形引起的其自身与防渗体之间的相对错动，提高坝体的抗震稳定性。浙青玛蹄脂能对各墙段间的不均匀沉降和变形起到很好的协调、缓冲作用，也保证了混凝土挡墙的防渗效果。上游迎水面近似于直墙式结构的混凝土挡墙，墙后碾压填筑堆石体，在混凝土挡墙与墙后堆石体之间采用锚固体进行连接，坝体结构的整体性得到加强，大 坝断面形状近似呈直角梯形，这样可以在保证结构稳定的前提条件下，节省大量填方量，降低工程成本，达到安全、经济的目的。
权利要求
1.一种锚固混凝土挡墙堆石坝，其特征在于，包括位于坝体上游侧的混凝土挡墙(1)，所述混凝土挡墙(I)的后方为堆石体，所述堆石体包括堆石区(3)、以及设置在混凝土挡墙(I)和堆石区(3)之间的过渡层(2)，所述堆石区(3)的下方从上到下依次设置有水平排水体(5)和反滤层(6)，坝体下游侧为下游护坡(4)； 还包括按照高度方向均匀布设在混凝土挡墙(I)、过渡层(2)和堆石区(3)内的多个锚固体组，所述各锚固体组由在水平方向上间隔且均匀布设的多个锚固体(7)组成，所述各锚固体(7)的一端固定在混凝土挡墙(I)内且另一端穿过过渡层(2)并固定在堆石区(3)内； 所述混凝土挡墙(I)由沿坝轴线方向分布的多个墙段组成，所述相邻两个墙段之间留有施工缝(18)，所述各施工缝(18)内填充有浙青玛蹄脂(19)。
2.按照权利要求I所述的锚固混凝土挡墙堆石坝，其特征在于，所述各锚固体(7)均包括套管(11)以及轴向布设在该套管(11)内的多个钢绞线(10)，所述套管(11)位于混凝土挡墙(I)内的一端固定有锚具(8)，所述锚具(8)的外侧固定有预制混凝土锚板(9);所述套管(11)位于堆石区(3)内的一端内部设置有导向帽(16)且外部设置有端部锚板(17)，所述导向帽(16)与端部锚板(17)固定连接，所述多个钢绞线(10)的一端与锚具⑶固定连接且另一端与导向帽(16)固定连接，所述套管(11)内间隔布设有多个径向方向的隔离架(15)，所述套管(11)位于混凝土挡墙(I)与过渡层(2)之间的位置上套装有钢套筒(12)。
3.按照权利要求2所述的锚固混凝土挡墙堆石坝，其特征在于，所述各锚固体(7)的钢套管(12)上均预留有灌浆管(13)和回浆排气管(14)，且灌浆管(13)和回浆排气管(14)的外端均出露于混凝土挡墙(I)的外部。
4.按照权利要求3所述的锚固混凝土挡墙堆石坝，其特征在于，所述各施工缝(18)内均设置有浙青井(20)，所述浙青井(20)包括两个对开直角槽型预制混凝土模板(21)，所述两个预制混凝土模板(21)分别位于相邻两个混凝土挡墙(I)的墙段内，在所述两个预制混凝土模板(21)内设置有纵向方向的电阻加热棒(22)。
5.按照权利要求4所述的锚固混凝土挡墙堆石坝，其特征在于，所述电阻加热棒(22)由多段钢筋通过焊接而成，且在其对应的浙青井(20)内设置有水平方向的用于固定电阻加热棒(22)的多个固定片(23)。
6.按照权利要求1、2、3、4或5所述锚固混凝土挡墙堆石坝的构筑方法，其特征在于，具体步骤如下 步骤一、浇筑混凝土挡墙(I) 所述混凝土挡墙(I)在沿坝轴线方向上分段进行浇筑，每个墙段沿高度亦分层浇筑；在所述混凝土挡墙(I)的布设位置搭设模板，该模板高度搭设至锚固体(7)的布设高程处，随后进行混凝土的浇筑，浇筑结束后布置该锚固体(7)的预制混凝土锚板(9)和锚具(8)，并继续进行下ー级混凝土挡墙(I)的模板搭建和混凝土的浇筑工作，浇筑过程中应确保所述锚固体(7)的灌浆管(13)和回浆排气管(14)的外端均出露于混凝土挡墙(I)的外部； 其中，在进行混凝土挡墙(I)浇筑时，在所述混凝土挡墙(I)模板侧面预先布置预制混凝土模板(21)，待混凝土挡墙(I)浇筑完成后，拆除所述模板，在两个相邻墙段的预制混凝土模板(21)之间安装电阻加热棒(22)，以构成浙青井(20)，随后在该浙青井(20)内灌入浙青玛蹄脂(19);保证所述浙青井(20)、电阻加热棒(22)、浙青玛蹄脂(19)的高度与混凝土挡墙(I)的浇注高度相一致； 步骤ニ、填筑堆石体 采用薄层碾压方法，使用过渡料和堆石料同时进行填筑，以构成所述过渡层(2)和堆石区(3);在所述过渡层(2)和堆石区(3)上升至步骤一中锚固体(7)布置高程时，保证该锚固体(7)水平并使端部锚板(17)在堆石区(3)内被 压密固定； 步骤三、锚固体(7)注浆 通过所述灌浆管(13)对锚固体(7)进行注浆，以回浆排气孔(14)不再排气且浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准； 注浆完成后，重复步骤一至步骤三，以继续进行后续的填筑施工，并保证毎次堆石体填筑的范围和高度应与混凝土挡墙(I)每次浇筑的范围和高度保持一致。
全文摘要
本发明公开了一种锚固混凝土挡墙堆石坝，包括混凝土挡墙，混凝土挡墙的后方为堆石体，堆石体包括堆石区和过渡层，堆石区的下方设置有水平排水体和反滤层，坝体下游侧为下游护坡；还包括布设在混凝土挡墙、过渡层和堆石区内的多个锚固体组，混凝土挡墙由多个墙段组成，相邻两个墙段之间留有施工缝，各施工缝内填充有沥青玛蹄脂。本发明锚固混凝土挡墙堆石坝有效地改善已有坝型所存在堆石体填筑方量大、坝体变形大且与防渗体之间变形不协调的问题。本发明锚固混凝土挡墙堆石坝的构筑方法，具体步骤如下浇筑混凝土挡墙、填筑堆石体以及锚固体注浆。本发明构筑方法工期短、造价低、步骤简单。
文档编号E02B7/04GK102644259SQ20121005391
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者姚汝方, 徐宁飞, 杨春鸣, 邵生俊 申请人:西安理工大学