一种高聚物复合加筋抗震高土石坝及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种高聚物复合加筋抗震高土石坝，属于水利工程【技术领域】，该高聚物复合加筋抗震高土石坝的主体结构包括心墙和在心墙两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石逐层填筑构成，在堆石中间隔设置高聚物复合加筋抗震结构，高聚物复合加筋抗震结构包括配合使用的土工格栅和注浆管，土工格栅沿着坝体轴向水平铺设，在土工格栅上等间距设置注浆管，连接土工格栅和注浆管。本发明与单一采用高聚物注浆加固措施相比，增加了土工格栅，能够大大提高加固体在地震荷载作用下的侧向变形能力，抗震能力提高；本发明的施工方法采用了注浆挡板，能够有效的抑制下游堆石的滑动，坝坡在地震荷载作用下的稳定性提高；采用高聚物注浆和土工格栅，抗震加固措施属于柔性立体加固，抗震性能好。
【专利说明】一种高聚物复合加筋抗震高土石坝及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利工程【技术领域】，特别涉及一种高聚物复合加筋抗震高土石坝及其施工方法。
【背景技术】
[0002]我国西部地区的自然资源丰富，其水能蕴藏总量占全国的82.5%，已开发水能资源占全国的77%，但开发利用尚不足10%，随着经济的快速发展和西部大开发战略的实施，我国西部地区正在或者即将兴建一批高土石坝，如古水堆石坝294m、双江口堆石坝314m等。但是西部地区地质条件复杂，地震频繁，强度大，这些高坝如果遭受强震破坏，会产生一系列严重的后果，造成生命财产的重大损失。因此，进行必要的抗震研究，提出有效的抗震措施，是修建高土石坝的重中之重。
[0003]现有技术中，有的解决方法是只采用了高聚物进行加固抗震，其加固范围为坝顶上下游1/4到1/5高度，坝坡表层的堆石体由于注浆压力的作用不能得到充填密实的注浆效果，或者由于注浆压力过大，导致堆石体鼓出坝体轮廓线，导致其注浆效果和抗震效果性能大大降低。还有的解决方法是在施工过程中采用钻孔注浆的方式，施工过程比较困难和复杂，只采用了高聚物进行加固，其抗震加固效果大大降低。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的在于提供一种高聚物复合加筋抗震高土石坝，降低了工程造价，提高抗震结构的强度和抗震效果；同时，本发明还提供了该抗震高土石坝的施工方法。
[0005]技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种高聚物复合加筋抗震高土石坝，该高聚物复合加筋抗震高土石坝的主体结构包括心墙和在心墙两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石逐层填筑构成，在堆石内间隔设置高聚物复合加筋抗震结构，高聚物复合加筋抗震结构包括配合使用的土工格栅和注浆管，在堆石上土工格栅沿着坝体轴向水平铺设，在土工格栅上等间距设置注浆管，采用钢丝连接土工格栅和注浆管；在注浆管内注入高聚物，高聚物在注浆管内发生化学反应后体积膨胀，从注浆管四周的注浆孔填充到周边的堆石孔隙中。
[0006]所述的土工格栅的一边位于堆石内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅的另一边凸出于坝体轮廓线5?1cm ;该土工格栅的长度为2(T25m。
[0007]所述的注浆管的管头超出坝体轮廓线5?10cm ;该注浆管的内径为2?5cm，其长度大于5?10m，相邻注浆管之间间隔16?20m。所述的注浆管为水泥管或者钢管，在所述的注浆管上设有注浆孔，相邻的注浆孔之间间距为30cm。
[0008]所述的土工格栅的长度和注浆管的长度，当其长度大于心墙到坝体外侧的距离时，采用心墙到坝体外侧的距离进行土工格栅和注浆管的布置。
[0009]所述的在堆石内间隔设置高聚物复合加筋抗震结构是当堆石填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设一层高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石每增加ClOm再次铺设一层高聚物复合加筋抗震结构。
[0010]铺设完成一层高聚物复合加筋抗震结构后，在该层的土工格栅和注浆管凸出于坝体的外围包覆土工布，土工布和土工格栅相连接。
[0011]高聚物复合加筋抗震高土石坝的施工方法，包括如下步骤:
1)在心墙的两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石逐层填筑构成；
2)当堆石填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石每增加8?1m再次铺设高聚物复合加筋抗震结构；
3 )每次按照步骤2 )铺设完成一层后，在该层的土工格栅和注浆管凸出于坝体的外围包覆土工布，连接土工布和土工格栅；以此类推，直至堆石填筑至坝体顶部；
4)高聚物复合加筋抗震结构是在堆石上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅，土工格栅的一边位于堆石内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅的另一边凸出于坝体轮廓线5?10cm;在土工格栅上等间距设置注浆管，连接土工格栅和注浆管，相邻的注浆管之间横向间隔16?20m注浆管的管头超出坝体轮廓线5?10cm，注浆管的内径为2?5cm ;在注浆管的四周等间距的布置注浆孔；在注浆过程中，注浆管的外侧设有用于固定的注浆挡板，该注浆挡板由ImXlm的正方形木板和角钢组成；在注浆管内注入高聚物，高聚物在注浆管内发生化学反应，体积膨胀通过注浆孔填充到周边堆石孔隙中；高聚物膨胀结束后，将注浆挡板移动到另一个注浆管进行注浆。
[0012]有益效果:与现有技术相比，本发明的高聚物复合加筋抗震高土石坝与已有的注浆加固结构相比，在施工过程中增加了土工格栅，能够大大提高加固体的在地震荷载作用下的侧向变形能力，抗震能力提高20%左右；本发明的施工方法通过采用了注浆挡板，能够有效的防止坝坡表层堆石体在注浆过程中由于注浆压力的作用发生侧向膨胀，在坝坡表层形成性质稳定的加固层，有效的抑制下游堆石的滑动，坝坡在地震荷载作用下的稳定性提高；而且注浆之前铺设土工布，能够有效的隔离高聚物与注浆挡板，便于注浆完成后挡板的拆卸；通过注浆板采用分块组合，利用周边注浆管进行固定，减少了实际工作量和施工难度；与常规抗震加固措施相比，采用高聚物注浆和土工格栅，抗震加固措施属于柔性立体加固，抗震性能好。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是高土石坝注浆加固后的剖面图；
图2是高土石坝注浆前A处局部放大图；
图3是高土石坝注浆后A处局部放大图；
图4是高土石坝注浆后B处截面放大图；
图5是高土石坝注浆结构6的剖面图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0015]如图1飞所示，高聚物复合加筋抗震高土石坝的主体结构包括心墙I和在心墙I两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石2逐层填筑构成，当堆石2填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石2每增加ClOm再次铺设高聚物复合加筋抗震结构。
[0016]高聚物复合加筋抗震结构是在堆石2上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅3，土工格栅3的一边设置在心墙I内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅3的另一边凸出于坝体轮廓线5?10cm。在土工格栅3上横向等间距设置注浆管4，连接土工格栅3和注浆管4，相邻的注浆管4之间间隔16?20m，在注浆管4上设有注浆孔11，相邻的注浆孔11之间间距为30cm。注楽:管4的管头超出坝体轮廓线5"10cm,注楽:管4的内径为2?5cm。在注楽:管4内注入高聚物7，高聚物7在注浆管4内发生化学反应，体积膨胀通过注浆管4四周的注浆孔11填充到周边堆石2的孔隙8中，完成固定。铺设完成一层后，在该层的土工格栅3和注浆管4凸出于坝体的外围包覆土工布5，连接土工布5和土工格栅3。
[0017]一种高聚物复合加筋抗震高土石坝的施工方法，包括如下步骤:
1)在心墙I的两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石2逐层填筑构成；
2)当堆石2填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石2每增加ClOm再次铺设高聚物复合加筋抗震结构；
3)每次按照步骤2)铺设完成一层后，在该层的土工格栅3和注浆管4凸出于坝体的外围包覆土工布5，连接土工布5和土工格栅3 ;以此类推，直至堆石填筑至坝体顶部；
4)高聚物复合加筋抗震结构是在堆石2上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅3，土工格栅3的一边位于堆石2内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅3的另一边凸出于坝体轮廓线5?10cm ;在土工格栅3上横向等间距设置注浆管4，连接土工格栅3和注浆管4，相邻的注浆管4之间横向间隔16?20m，在注浆管4上设有注浆孔11，相邻的注浆孔11间距30cm ；注浆管4的管头超出坝体轮廓线5?10cm，注浆管4的内径为2?5cm ;在注浆过程中，注浆管4的外侧设有用于固定的注衆挡板6,该注衆挡板6由ImX Im的正方形木板10和角钢9组成；在注浆管4内注入高聚物7，高聚物7在注浆管4内发生化学反应，体积膨胀通过四周的注浆孔11填充到周边堆石孔隙8中；高聚物7膨胀结束后，将注浆挡板6移动到另一个注浆管进行注浆。
[0018]实施例1
高聚物复合加筋抗震高土石坝的主体结构包括心墙I和在心墙I两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石2逐层填筑构成，当堆石2填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石2每增加8m再次铺设高聚物复合加筋抗震结构。高聚物复合加筋抗震结构是在堆石2上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅3，土工格栅3的一边设置在心墙I内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅3的另一边凸出于坝体轮廓线5cm。在土工格栅3上横向等间距设置注浆管4，连接土工格栅3和注浆管4，相邻的注浆管4之间间隔16m，在注浆管4上设有注浆孔11，相邻的注浆孔11之间间距为30cm。注浆管4的管头超出坝体轮廓线5cm，注浆管4的内径为2cm。在注浆管4内注入高聚物7，高聚物7在注浆管4内发生化学反应，体积膨胀通过注浆管4四周的注浆孔11填充到周边堆石2的孔隙8中，完成固定。铺设完成一层后，在该层的土工格栅3和注浆管4凸出于坝体的外围包覆土工布5，连接土工布5和土工格栅3。
[0019]一种高聚物复合加筋抗震高土石坝的施工方法，包括如下步骤:
I)在心墙I的两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石2逐层填筑构成； 2)当堆石2填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石2每增加8m再次铺设高聚物复合加筋抗震结构；
3)每次按照步骤2)铺设完成一层后，在该层的土工格栅3和注浆管4凸出于坝体的外围包覆土工布5，连接土工布5和土工格栅3 ;以此类推，直至堆石填筑至坝体顶部；
4)高聚物复合加筋抗震结构是在堆石2上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅3，土工格栅3的一边位于堆石2内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅3的另一边凸出于坝体轮廓线5cm ;在土工格栅3上横向等间距设置注浆管4，连接土工格栅3和注浆管4，相邻的注浆管4之间横向间隔16m，在注浆管4上设有注浆孔11，相邻的注浆孔11间距30cm ;注浆管4的管头超出坝体轮廓线5cm，注浆管4的内径为2cm ;在注浆过程中，注浆管4的外侧设有用于固定的注衆挡板6,该注衆挡板6由ImX Im的正方形木板10和角钢9组成；在注衆管4内注入高聚物7，高聚物7在注浆管4内发生化学反应，体积膨胀通过四周的注浆孔11填充到周边堆石孔隙8中；高聚物7膨胀结束后，将注浆挡板6移动到另一个注浆管进行注浆。
[0020]实施例2
高聚物复合加筋抗震高土石坝的主体结构包括心墙I和在心墙I两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石2逐层填筑构成，当堆石2填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石2每增加1m再次铺设高聚物复合加筋抗震结构。高聚物复合加筋抗震结构是在堆石2上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅3，土工格栅3的一边设置在心墙I内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅3的另一边凸出于坝体轮廓线10cm。在土工格栅3上横向等间距设置注浆管4，连接土工格栅3和注浆管4，相邻的注浆管4之间间隔20m，在注浆管4上设有注浆孔11，相邻的注浆孔11之间间距为30cm。注浆管4的管头超出坝体轮廓线10cm，注浆管4的内径为5cm。在注浆管4内注入高聚物7，高聚物7在注浆管4内发生化学反应，体积膨胀通过注浆管4四周的注浆孔11填充到周边堆石2的孔隙8中，完成固定。铺设完成一层后，在该层的土工格栅3和注浆管4凸出于坝体的外围包覆土工布5，连接土工布5和土工格栅3。
[0021]一种高聚物复合加筋抗震高土石坝的施工方法，包括如下步骤:
1)在心墙I的两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石2逐层填筑构成；
2)当堆石2填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石2每增加1m再次铺设高聚物复合加筋抗震结构；
3)每次按照步骤2)铺设完成一层后，在该层的土工格栅3和注浆管4凸出于坝体的外围包覆土工布5，连接土工布5和土工格栅3 ;以此类推，直至堆石填筑至坝体顶部；
4)高聚物复合加筋抗震结构是在堆石2上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅3，土工格栅3的一边位于堆石2内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅3的另一边凸出于坝体轮廓线1cm ;在土工格栅3上横向等间距设置注浆管4，连接土工格栅3和注浆管4，相邻的注浆管4之间横向间隔16?20m，在注浆管4上设有注浆孔11，相邻的注浆孔11间距30cm ；注浆管4的管头超出坝体轮廓线10cm，注浆管4的内径为5cm ;在注浆过程中，注浆管4的外侧设有用于固定的注衆挡板6,该注衆挡板6由ImX Im的正方形木板10和角钢9组成；在注浆管4内注入高聚物7，高聚物7在注浆管4内发生化学反应，体积膨胀通过四周的注浆孔11填充到周边堆石孔隙8中；高聚物7膨胀结束后，将注浆挡板6移动到另一个注浆管进行注浆。
【权利要求】
1.一种高聚物复合加筋抗震高土石坝，其特征在于:该高聚物复合加筋抗震高土石坝的主体结构包括心墙(I)和在心墙(I)两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石(2)逐层填筑构成，在堆石(2)内间隔设置高聚物复合加筋抗震结构，高聚物复合加筋抗震结构包括配合使用的土工格栅(3)和注浆管(4)，在堆石(2)上土工格栅(3)沿着坝体轴向水平铺设，在土工格栅(3)上横向等间距设置注浆管(4)，土工格栅(3)和注浆管(4)通过钢丝连接在一起；在注浆管(4)内注入高聚物(7)，高聚物(7)通过注浆管(4)四周的注浆孔(11)填充到周边的堆石孔隙(8)中。
2.根据权利要求1所述的高聚物复合加筋抗震高土石坝，其特征在于:所述的土工格栅(3)的一边位于堆石(2)内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅(3)的另一边凸出于坝体轮廓线5?1cm ;该土工格栅(3)的长度为2(T25m。
3.根据权利要求1所述的高聚物复合加筋抗震高土石坝，其特征在于:所述的注浆管(4)的管头超出坝体轮廓线5?10cm ;该注浆管(4)的内径为2?5cm，其长度大于5?10m，相邻注浆管(4)之间间隔16?20m;在所述的注浆管(4)上设有注浆孔，相邻的注浆孔之间间距为30cmo
4.根据权利要求1所述的高聚物复合加筋抗震高土石坝，其特征在于:所述的在堆石(2)内间隔设置高聚物复合加筋抗震结构是当堆石(2)填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设一层高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石(2)每增加8?1m再次铺设一层高聚物复合加筋抗震结构。
5.根据权利要求4所述的高聚物复合加筋抗震高土石坝，其特征在于:铺设完成一层高聚物复合加筋抗震结构后，在该层的土工格栅(3)和注浆管(4)凸出于坝体的外围包覆土工布(5)，土工布(5)和土工格栅(3)相连接。
6.权力要求1飞中任意一项所述的高聚物复合加筋抗震高土石坝的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: .1)在心墙的两侧对称设置的坝体，该坝体由堆石逐层填筑构成； .2)当堆石填筑至坝体总高度的4/5时，开始铺设高聚物复合加筋抗震结构，后续堆石每增加8?1m再次铺设高聚物复合加筋抗震结构； . 3 )每次按照步骤2 )铺设完成一层后，在该层的土工格栅和注浆管凸出于坝体的外围包覆土工布，连接土工布和土工格栅；以此类推，直至堆石填筑至坝体顶部； .4)高聚物复合加筋抗震结构是在堆石上沿着坝体轴向水平铺设土工格栅，土工格栅的一边位于堆石内部，沿着坝体轴向水平铺设后，土工格栅的另一边凸出于坝体轮廓线.5?10cm;在土工格栅上等间距设置注浆管，连接土工格栅和注浆管，相邻的注浆管之间横向间隔16?20m注浆管的管头超出坝体轮廓线5?10cm，注浆管的内径为2?5cm ;在注浆管的四周等间距的布置注浆孔；在注浆过程中，注浆管的外侧设有用于固定的注浆挡板，该注浆挡板由ImXlm的正方形木板和角钢组成；在注浆管内注入高聚物，高聚物在注浆管内发生化学反应，体积膨胀通过注浆管四周的注浆孔填充到周边堆石孔隙中；高聚物膨胀结束后，将注浆挡板移动到另一个注浆管进行注浆。
【文档编号】E02B7/06GK104452676SQ201410629884
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】杨贵, 许建宝, 王阳阳, 袁鸣, 唐晨景 申请人:河海大学