一种土石坝裂缝修复结构及其修复方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，尤其是一种土石坝裂缝修复结构及其修复方法。

背景技术：

土石坝是我国常见的一种挡水坝体。由于土石坝本身材质的特性，裂缝成为土石坝的主要质量隐患之一。近些年对于土石坝裂缝修复的研究取得了一定的进展，中国发明专利cn106638475b公开了一种土石坝坝体裂缝的修复方法，通过高聚物对坝体裂缝进行注浆对坝体裂缝进行修复。虽然高聚物形成的柔性体具有一定的抗形变能力，可以避免修复部位再次开裂，但是由于其本身刚性差，导致修复后的坝体整体刚性降低，在受力产生形变后其他部分容易产生新的开裂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种土石坝裂缝修复结构及其修复方法，能够解决现有技术的不足，提高了坝体整体刚性，保证了其抗形变抗开裂的能力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种土石坝裂缝修复结构，包括开设在裂缝处的三角形凹槽，三角型凹槽的两侧内壁上对称开设有若干个安装孔，安装孔内固定有固定套，对称的两个固定套之间安装有加强杆，三角形凹槽内填充有混凝土层，混凝土层的顶面低于加强杆的底面，混凝土层上方铺设有砂石层；所述固定套包括外壳，外壳底部安装有两个第一弹簧，第一弹簧上连接有两个压片，两个压片的轴线夹角为30°；所述加强杆包括杆体，杆体的两端螺纹连接有端头，端头上轴接有插头，插头上设置有与压片插接配合的插孔，端头的外侧边缘固定有与外壳压接密封接触的密封圈。

作为优选，所述外壳的侧壁设置有通孔，自攻自钻螺钉穿过通孔实现外壳与安装孔的固定，安装孔的底部外侧面设置有导流槽，当填充混凝土层时混凝土通过导流槽流入外壳与安装孔之间。

作为优选，所述压片两侧固定有橡胶垫，压片的顶面设置有卡槽，插孔内固定有与卡槽相配合的金属弹片。

作为优选，所述端头上固定有柔性基座，柔性基座顶部通过轴承安装有旋转轴，旋转轴的顶部连接插头。

作为优选，所述柔性基座包括橡胶主体，橡胶主体底部设置有环形槽，环形槽内安装有第二弹簧。

作为优选，所述相邻杆体之间通过钢筋进行绑扎连接，相邻钢筋之间的夹角为10～15°。

作为优选，所述杆体的底面固定有销柱，销柱与三角形凹槽的底部间隙配合。

一种上述的土石坝裂缝修复结构的修复方法，包括以下步骤：

a、在土石坝裂缝处开挖三角形凹槽；

b、在三角形凹槽两侧内壁上对称开设若干个安装孔；

c、在安装孔内固定安放固定套；

d、通过旋转端头调节加强杆的长度，以适配不同位置上对称的两个固定套之间的距离；

e、将加强杆一侧的端头插入固定套，使插孔与压片插接配合，然后将另一侧的端头对准另一侧的固定套，旋转端头，使另一侧的插孔与压片插接配合；

f、再次对加强杆两侧的端头进行旋转，提高加强杆与固定套之间的支撑力；

g、向三角形凹槽内浇筑混凝土，形成混凝土层，混凝土层的顶面低于加强杆的底面；

h、待混凝土层彻底固化后，在混凝土层上方铺设砂石层。

作为优选，步骤f中，使用扭矩扳手对端头进行旋转，两个端头的旋转扭矩相差10～15n·m。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明首先在开裂部位制作三角形凹槽，不仅便于后期的混凝土浇筑，而且利用三角形凹槽与加强杆的配合，实现对于开裂部位的三角形支撑，加强杆两端的安装方式采用压片和插孔插接的弹性插接的方式，在保证充足支撑强度的同时，可以在坝体出现扭曲形变时，减小加强杆与坝体连接部位的刚性受力，避免加强杆与坝体连接部位的断裂。压片机构采用双压片夹角设计，可以对加强杆传递来的加强杆径向受力进行有效缓冲。插孔内的金属弹片与压片压接配合，可以提高压片本身与插孔插接的稳定性，同时提高对端头进行旋转加固时压片受力形变的一致性。本发明进一步设计了柔性基座，通过使用柔性基座可以在加强杆本身实现扭转力的缓冲，从而降低同一加强杆两端受到的瞬时扭转冲击力。这一缓冲结构与端头的插接结构形成两级缓冲，可以使坝体在出现微量形变时，将形变受力均匀分布在加强杆和固定套上，不仅对开裂部位实现了充分的修复，而且极大提高了坝体的整体抗扭能力，降低了坝体其他部位出现裂缝的风险。通过钢筋对加强杆进行连接固定，可以提高不同加强杆受力的均匀性，从而提高整个修复结构的耐用度。加强杆通过销柱与混凝土层连接，利用混凝土层的高强度对加强杆进行径向方向进行支撑加强，从而进一步提高加强杆的抗扭能力。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中固定套的俯视图。

图3是本发明一个具体实施方式中加强杆的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中压片的结构图

图5是本发明一个具体实施方式中钢筋绑扎方式的示意图。

图中：1、三角形凹槽；2、安装孔；3、固定套；4、加强杆；5、混凝土层；6、砂石层；7、第一弹簧；8、压片；9、杆体；10、端头；11、插头；12、插孔；13、密封圈；14、外壳；15、通孔；16、自攻自钻螺钉；17、导流槽；18、橡胶垫；19、卡槽；20、金属弹片；21、柔性基座；22、轴承；23、旋转轴；24、橡胶主体；25、环形槽；26、第二弹簧；27、钢筋；28、橡胶片；29、销柱；30、橡胶套；31、橡胶柱；32、空腔。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-5，本发明一个具体实施方式包括开设在裂缝处的三角形凹槽1，三角型凹槽1的两侧内壁上对称开设有若干个安装孔2，安装孔2内固定有固定套3，对称的两个固定套3之间安装有加强杆4，三角形凹槽1内填充有混凝土层5，混凝土层5的顶面低于加强杆4的底面，混凝土层5上方铺设有砂石层6；所述固定套3包括外壳14，外壳14底部安装有两个第一弹簧7，第一弹簧7上连接有两个压片8，两个压片8的轴线夹角为30°；所述加强杆4包括杆体9，杆体9的两端螺纹连接有端头10，端头10上轴接有插头11，插头11上设置有与压片8插接配合的插孔12，端头10的外侧边缘固定有与外壳6压接密封接触的密封圈13。三角形凹槽1不仅便于后期的混凝土浇筑，而且利用三角形凹槽1与加强杆4的配合，实现对于开裂部位的三角形支撑，加强杆4两端的安装方式采用压片8和插孔12插接的弹性插接的方式，在保证充足支撑强度的同时，可以在坝体出现扭曲形变时，减小加强杆4与坝体连接部位的刚性受力，避免加强杆4与坝体连接部位的断裂。压片机构采用双压片夹角设计，可以对加强杆4传递来的加强杆径向受力进行有效缓冲。外壳14的侧壁设置有通孔15，自攻自钻螺钉16穿过通孔15实现外壳14与安装孔2的固定，安装孔2的底部外侧面设置有导流槽17，当填充混凝土层5时混凝土通过导流槽17流入外壳14与安装孔2之间。压片8两侧固定有橡胶垫18，压片8的顶面设置有卡槽19，插孔12内固定有与卡槽19相配合的金属弹片20。插孔12内的金属弹片20与压片8压接配合，可以提高压片8本身与插孔12插接的稳定性，同时提高对端头10进行旋转加固时压片8受力形变的一致性。端头10上固定有柔性基座21，柔性基座21顶部通过轴承22安装有旋转轴23，旋转轴23的顶部连接插头11。柔性基座21包括橡胶主体24，橡胶主体24底部设置有环形槽25，环形槽25内安装有第二弹簧26。通过使用柔性基座21可以在加强杆4本身实现扭转力的缓冲，从而降低同一加强杆4两端受到的瞬时扭转冲击力。这一缓冲结构与端头10的插接结构形成两级缓冲，可以使坝体在出现微量形变时，将形变受力均匀分布在加强杆4和固定套3上，不仅对开裂部位实现了充分的修复，而且极大提高了坝体的整体抗扭能力，降低了坝体其他部位出现裂缝的风险。相邻杆体9之间通过钢筋27进行绑扎连接，相邻钢筋27之间的夹角为15°。通过钢筋27对加强杆4进行连接固定，可以提高不同加强杆4受力的均匀性，从而提高整个修复结构的耐用度。杆体9的底面固定有销柱29，销柱29与三角形凹槽1的底部间隙配合。加强杆4通过销柱29与混凝土层5连接，利用混凝土层5的高强度对加强杆4进行径向方向进行支撑加强，从而进一步提高加强杆4的抗扭能力。

第一弹簧7内部设置有橡胶套30，橡胶套30固定在外壳14内，压片8底部固定有橡胶柱31，橡胶柱31活动插接在橡胶套30内，橡胶柱31的长度大于橡胶套30的深度，压片8内部设置有空腔32，空腔32与卡槽19连通，空腔32内插接有橡胶片28，橡胶片28与橡胶柱31连接。当金属弹片20插入卡槽19内时，金属弹片20对橡胶片28产生挤压接触，当橡胶柱31随着压片下压至与外壳14相接触的时候，使得橡胶柱31处于固定状态，进而提升橡胶片28的支撑性，从而实现压片固定强度随着压片形变位移量的增加而增大的效果，而橡胶柱31在与外壳14接触前，其与橡胶套30的滑动摩擦可以实现由橡胶柱31提供的支撑力的逐渐增加，从而避免橡胶柱31直接接触外壳14而出现的支撑力阶跃变化的问题。

一种上述的土石坝裂缝修复结构的修复方法，包括以下步骤：

a、在土石坝裂缝处开挖三角形凹槽1；

b、在三角形凹槽1两侧内壁上对称开设若干个安装孔2；

c、在安装孔2内固定安放固定套3；

d、通过旋转端头10调节加强杆4的长度，以适配不同位置上对称的两个固定套3之间的距离；

e、将加强杆4一侧的端头10插入固定套3，使插孔12与压片8插接配合，然后将另一侧的端头10对准另一侧的固定套3，旋转端头10，使另一侧的插孔12与压片8插接配合；

f、再次对加强杆4两侧的端头10进行旋转，提高加强杆4与固定套3之间的支撑力；

g、向三角形凹槽1内浇筑混凝土，形成混凝土层5，混凝土层5的顶面低于加强杆4的底面；

h、待混凝土层5彻底固化后，在混凝土层5上方铺设砂石层6。

步骤f中，使用扭矩扳手对端头10进行旋转，两个端头10的旋转扭矩相差10～15n·m。

在对加强杆4进行最终固定前，使用钢筋27对加强杆4进行绑扎。首先对任一侧的端头10进行旋转，使其固定扭矩达到预设扭矩的80%，然后使用钢筋27进行绑扎，绑扎后对与待固定加强筋的相邻加强筋4两端的固定扭矩进行校正。然后再对待固定的加强筋4的另一侧端头10进行旋转至预设扭矩，最后对最开始旋转的端头10的固定扭矩增加至预设扭矩。这种加固过程可以进一步提高不同加强杆4之间的加固强度均匀性。

本发明可以对土石坝开裂部位进行有效的修复，与此同时使用本发明提供的修复方法可以对土石坝的高危部位进行预防性修复，通过本申请提供的修复结构对坝体进行加强，利用本申请对于坝体整体刚性的提升，有效降低由于坝体局部小范围开裂而导致的渗漏甚至溃坝风险。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。