专利名称：一种土石坝拱型组合面板及其施工方法
技术领域：
本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种土石坝拱型组合面板及其施工方法。
背景技术：
随着“十二五”规划的出台，国家对新能源的投入巨大，水电将成为"十二五"规划主角。面板堆石坝因其具有可充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法比较简便等优点而得到青睐。以西部大开发中高土石坝建设为代表的水电工程对土石坝设计提出了更高的要求，土石坝的高度已由几十米发展到百米级、二百米级，乃至三百米级， 如水布桠232米高面板堆石坝，江坪河225米高面板堆石坝等。这些工程多位于我国西部， 由于坝高库大，坝址所在地区地形地质条件复杂，环境恶劣，地震烈度高，一旦失事，将产生灾难性的后果。面板是面板堆石坝防渗的重要结构，地震和往复的水压力循环过程中面板会发生裂缝，甚至破坏，从而造成整个结构的破坏，为此，提出一种能够有效抑制裂缝产生和发展的新型面板坝至关重要。传统的面板有钢筋混凝土面板和浙青混凝土面板，其表面均设计成平面的形式。 由于混凝土面板具有比堆石体更高的模量，适应变形的能力差，混凝土和堆石体两种材料变形不协调，垫层和堆石体变形过大会导致面板脱空，且这种类型的面板在地震过程中容易产生较大的应力，从而导致开裂、扭曲、错动等破坏，抗震能力差。传统的浙青混凝土面板虽然比钢筋混凝土面板具有更好的适应变形的能力，但由于其表面设计成平面，仍然避免不了在面板中产生弯矩和拉应力，从而可能导致裂缝的产生，影响防渗安全。此外，浙青材料还不可避免的存在老化的问题，浙青混凝土面板表面长期与水接触或者暴露在空气中， 容易老化。在严冬低温季节，浙青材料易破碎，其强度难以承受由低温收缩引起的拉伸应力，容易引起面板的开裂，而在高温季节，浙青混凝土又易膨胀和软化，使得强度降低。目前石油价格高居不下，浙青混凝土面板厚度大，需要较多浙青材料，因此造价较高。在上游坝坡的斜坡上施工，摊铺不方便，影响施工进度。传统的堆石坝面板设计理念为通过提高面板的强度和抵抗变形的能力来防止面板的开裂破坏，这些方法往往使得工程造价高、施工困难、工期长等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服传统面板坝在地震和水压力作用下较容易产生纵横裂缝， 即面板变形能力差的缺陷，提出一种土石坝拱型组合面板，该面板能够适应地震和水压力作用下产生的开裂、扭曲、错动、脱空等变形。本发明的另一目的在于提供所述拱型组合面板在实际工程应用中的施工方法。本发明采用以下技术方案实现
一种土石坝拱型组合面板，其主要技术特征在于由多块拱型混凝土板通过缝槽组合
3拼接而成；缝槽按照拱型面板的大小纵横交错拼接；各块面板与缝槽之间的空隙采用浙青充填。拱型混凝土板形状相同，边长为16 22m,厚度为0. 3 0. 5m。拱型混凝土板形状为球冠形，冠顶高度为边长的1/4，或抛物线形，顶点高度为边长的1/4。所述的缝槽宽I. 5 2m，高度为其边长的1/4，组合后的各面板之间的缝隙为I 2cm。缝槽内的浙青厚度为 0. 3 0. 5mo所述拱型混凝土板和缝槽底部铺设浙青砂浆垫层，缝槽嵌入到垫层中，垫层表面曲线形状与拱型混凝土板底部形状相同，使拱型混凝土板组装后与垫层紧密贴合。所述缝槽中预留纵向和横向的孔洞，用于安装连接钢筋。本发明还涉及所述拱型组合面板的施工方法，包括以下步骤
(1)预制拱型混凝土板和缝槽；
(2)填筑第一级坝体、过渡层后，施工垫层；
(3)在准备铺设缝槽的垫层上铺设浙青砂浆，在浙青砂浆凝固前，根据高程自下而上铺设预制的缝槽，将缝槽嵌入到垫层；
(4)通过缝槽预留钢筋孔道，将各缝槽沿纵向、横向采用钢筋连接，钢筋末端与缝槽之间通过螺栓固定连接；
(5)在垫层表面铺设一层浙青砂浆；
(6)根据高程自下而上铺设拱型混凝土板；
(7)在第一级缝槽内浇灌浙青；
(8)重复步骤2 7，进行下一级坝体和面板的施工，直至达到坝顶高程。本发明的优点和效果在于所述的面板形状改变传统面板为平面的特点而改为拱型结构；由于分块面板为拱型结构，水压力作用下分块面板主要承受压力作用，因而面板任何部位不产生拉应力，因此不易产生裂缝，并且能够将压力分散到缝槽内，相邻分块面板边缘相互挤压于缝槽内，从而使得分块面板不易开裂，起到很好的防渗效果；由于采用分块组合设计，因此所述的面板具有较强的适应变形的能力和抵抗地震能力，当面板发生挠曲、拉裂、扭曲等变形时，其变形都集中在缝槽内完成，缝槽纵横交错，且柔度较大，能够适应强震作用下的变形，另外由于缝槽的约束作用使得分块面板成为一块整体结构，克服了分块面板在强震作用下部分分块面板分散崩离。本发明所采用的材料都为目前水利工程中应用广泛的材料；拱型面板和缝槽都是工厂预制，可以大量批次生产，且质量易于控制；由于不需要大幅度的混凝土浇筑，而且施工步骤简单易行，工期大幅度缩短，工程造价低，效果好。下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式
为限，而是由权利要求加以限定。
图I本发明的拱型组合面板结构示意图2本发明的拱型组合面板布置方式示意图3A位置局部放大图4缝槽结构图5拱型混凝土板三维示意图；图6拱型组合面板土石坝的横断面图。图中，
1:拱型混凝土板；
2:浙青；
3:垫层；
4:缝槽；
5:浙青砂衆层；
6:钢筋孔道。
具体实施例方式如图f图6所示，一种土石坝拱型组合面板，由多块拱型混凝土板(I)通过缝槽
(4)组合拼接而成；缝槽(4)按照拱型混凝土板(I)的大小纵横交错拼接；各块拱型混凝土板(I)与缝槽(4)之间的空隙采用浙青(2)充填。拱型混凝土板(I)形状相同，边长为16m、 17111、18111、19111、20111、21111或22111，厚度为0. 3m、0. 4m 或 0. 5m。拱型混凝土板(I)形状为球冠形， 冠顶高度为边长的1/4，或抛物线形，顶点高度为边长的1/4。拱型混凝土板(I)与垫层(3) 之间铺设5cm、7. 5cm或IOcm厚的浙青砂衆层(5)。所述的缝槽(4)宽I. 5m、I. 75m或2m, 高度为其边长的1/4，组合后的各拱型混凝土板(I)之间的缝隙不小于Icm且不大于2cm， 缝槽(4)与垫层(3)之间铺设5cm、7. 5cm或IOcm厚的浙青砂衆层(5)。缝槽(4)内预留钢筋孔道(6)采用热轧带肋钢筋连接，钢筋直径为25mm、32mm或者40mm，相邻钢筋采用闪光对焊，钢筋末端与缝槽采用螺栓固定。缝槽(4)内的浙青(2)厚度为0. 3m、0.4m或0. 5m。上述土石坝拱型组合面板的施工方法，包括以下技术步骤
I、根据设计要求对坝体填筑进行分级，根据面板尺寸，采用工厂预制方法对拱型混凝土板(I)和缝槽(4)批量生产。2、采用大型运输设备将拱型混凝土板(I)和缝槽(4)运到现场，
3、每级拱型混凝土板(I)和缝槽(4)的拼接高度要低于同级施工的坝体高程。4、先填筑第一级坝体、过渡层和垫层(3)，填筑方法与常规面板堆石坝相同，为了简化，坝体和过渡层在图I中未标出。5、待第一级坝体以及过渡层和垫层(3)施工到第一级高程后，在坝坡底部设置趾板止水，趾板的设置方法与常规面板堆石坝相同。6、在准备铺设缝槽(4)的垫层(3)上铺设浙青砂浆层(5)，在砂浆凝固前，根据高程自下而上铺设纵向预制的缝槽(4)，拼接横向缝槽(4)，铺设过程采用大型起吊设备。7、缝槽(4)预留钢筋孔道(6)采用热轧带肋钢筋连接，相邻钢筋采用闪光对焊，钢筋末端与缝槽采用螺栓固定。8、在准备铺设拱型混凝土板(I)的垫层(3)上铺设浙青砂浆层(5)，采用大型起吊设备并根据高程自下而上一级一级铺设拱型混凝土板(I)。9、在第一级缝槽(4)内浇灌浙青(2)，浙青(2)的浇灌从上而下进行，这样可以使上部缝隙的浙青(2)向下流动填充。10、重复步骤4 9，进行下一级坝体和面板的施工，直至达到坝顶高程。
当坝体高程较低时，面板的施工也可不进行分级而采用一级施工的方式，待整个坝体施工完成后，再进行整个面板的施工，施工方法同步骤5 9。
权利要求
1.一种土石坝拱型组合面板，其特征在于由多块拱型混凝土板通过缝槽组合拼接而成；缝槽按照拱型面板的大小纵横交错拼接；各块面板与缝槽之间的空隙采用浙青充填； 拱型混凝土板形状相同，边长为16 22m，厚度为O. 3 O. 5m ;拱型混凝土板形状为球冠形，冠顶高度为边长的1/4，或抛物线形，顶点高度为边长的1/4 ;所述的缝槽宽I. 5 2m， 高度为其边长的1/4，组合后的各面板之间的缝隙为I 2cm ;缝槽内的浙青厚度为O. 3 O.5m。
2.根据权利要求I所述的一种土石坝拱型组合面板，其特征在于拱型混凝土板和缝槽底部铺设浙青砂浆垫层，缝槽嵌入到垫层中。
3.根据权利要求2所述的一种土石坝拱型组合面板，其特征在于所述垫层表面曲线形状与拱型混凝土板底部形状相同，使拱型混凝土板组装后与垫层紧密贴合。
4.根据权利要求I所述的一种土石坝拱型组合面板，其特征在于缝槽中预留纵向和横向的孔洞，用于安装连接钢筋。
5.基于权利要求I所述的一种土石坝拱型组合面板的施工方法，包括以下技术步骤Cl)预制拱型混凝土板和缝槽；(2)填筑第一级坝体、过渡层后，施工垫层；(3)在准备铺设缝槽的垫层上铺设浙青砂浆，在砂浆凝固前，根据高程自下而上铺设预制的缝槽，将缝槽嵌入到垫层；(4)通过缝槽预留钢筋孔道，将各缝槽沿纵向、横向采用钢筋连接，钢筋末端与缝槽之间通过螺栓固定连接；(5)在垫层表面铺设一层浙青砂浆；(6)根据高程自下而上铺设拱型混凝土板；(7)在第一级缝槽内浇灌浙青；(8)重复步骤2 7，进行下一级坝体和面板的施工，直至达到坝顶高程。
全文摘要
本发明公开了一种土石坝拱型组合面板及其施工方法。由多块拱型混凝土板通过缝槽组合拼接而成；缝槽按照拱型面板的大小纵横交错拼接；各块面板与缝槽之间的空隙采用沥青充填。拱型混凝土板形状相同，边长为16～22m，厚度为0.3～0.5m。拱型混凝土板形状为球冠形，冠顶高度为边长的1/4，或抛物线形，顶点高度为边长的1/4。所述的缝槽宽1.5～2m，高度为其边长的1/4，组合后的各面板之间的缝隙为1～2cm。缝槽内的沥青厚度为0.3～0.5m。其施工方法包括铺设垫层、拼接缝槽、拼接拱型混凝土板、缝槽中浇灌沥青等技术步骤。本发明的土石坝拱型组合面板不易产生拉应力和裂缝、质量控制高、施工方便，工期短、工程造价低、效果好。
文档编号E02B7/06GK102587329SQ20121010572
公开日2012年7月18日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者丁选明, 刘汉龙, 吴玉标, 肖扬 申请人:河海大学