一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构及其施工方法

本发明涉及水利工程，具体涉及一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构及其施工方法。

背景技术：

1、据统计，我国平原地区水库或修建于低洼处，或作为平原河道的一部分，更或者修建于滞洪区的边界，这些地区土层结构松散，强度较低，压缩性高，修建的水坝多存在坝基稳定、坝基渗漏、坝基地震液化等工程地质问题。目前，水利工程建设中的土石坝以传统放坡式的面板坝和心墙坝等重力坝为主，这种坝型由于放坡，修建时需要较大的场地，并且需由堆石料等自重大的材料修建，坝体自重较大，当地质条件不良及地形条件有限时，这种坝型往往效果差且造价高。

2、例如，已知的在深厚覆盖层上修建坝体的技术方案中，

3、cn104389294a公开的一种深厚覆盖层上面板堆石坝和cn102852121a公开的一种深厚覆盖层上修建粘土堆石坝的人工复合地基，这两个专利方案均未考虑到堆石坝自身的重力较大，而深厚覆盖层承载力低，容易变形的问题。

4、鉴于此，亟待提出一种能够修建在有限地形且力学性质不良深厚覆盖层上的坝型，以解决目前平原地区水利工程建设当务之急。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是为克服深厚覆盖层土层性质差、承载力低及场地有限问题，提供一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，该坝型自重轻、适应地形能力强。本发明还提供该桩基混凝土组合坝结构的施工方法。

2、技术方案：本发明第一方面提供一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，包括若干空心结构的混凝土坝段，混凝土坝段上游坡角为50°～80°，下游坡角为80°～90°；混凝土坝段之间连接部位设置橡胶垫层，并通过阻尼器相连；阻尼器设置在混凝土坝段空腔中；深厚覆盖层中设置混凝土桩和防渗墙，用以支撑混凝土坝段。

3、本发明中坝体结构为空心，具有较轻的自重，可以建立在力学性质不良的深厚覆盖层上，混凝土用量少，经济性好，将阻尼器安装在混凝土坝内部，可有效利用空心结构；此外，坝体与桩基础及防渗墙的联合使用提升了该坝型的适用工况；同时，坝体坡度陡，断面尺寸较小，可以在地形条件受限的情况下使用，且施工难度较小。

4、进一步地，由于坝基坝体不同结构材料的刚度差异较大，如处理不好不同结构材料间的连接形式，也会影响坝体稳定工作。

5、为此，混凝土桩和防渗墙分别通过柔性接头与混凝土坝段底板连接。

6、混凝土桩桩头、防渗墙顶部与混凝土坝段底板采用扩大头式的柔性接头方式进行连接，柔性接头的存在可以有效消除力的作用，防止桩端发生剪断等现象。

7、进一步地，混凝土桩桩头和防渗墙顶部嵌入混凝土坝段底板，柔性接头由低发泡塑料板和柔性防水填充物组成，呈扩大头式结构。

8、进一步地，混凝土桩桩头嵌入混凝土坝段底板的长度不小于0.10m；防渗墙顶部嵌入混凝土坝段底板的长度为0.15～0.30m。

9、进一步地，上述深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构还包括底板防脱空装置，底板防脱空装置包括柔性气囊和气压控制设备；柔性气囊设置在混凝土坝段底板底部，气压控制设备设置在混凝土坝段空腔中；气压控制设备与柔性气囊上的注气口相连，用于对柔性气囊进行抽气和自动补压；柔性气囊上还连接有注浆管。

10、本技术方案中提出的底板防脱空装置，能够为后续坝体可能出现的不均匀沉降提供响应补救解决措施；将底板防脱空装置安装在混凝土坝内部，能够最大化利用空心结构。

11、进一步地，柔性气囊体积为0.8～1.5m3，能够承受0.15～0.25mpa压力。

12、进一步地，混凝土坝段下游设有坝后堆石，坝后堆石在需要承受较大的水平荷载时使用。

13、进一步地，坝后堆石堆载高度为混凝土坝段坝高的1/4～1/2，宽度为混凝土坝段坝宽的1/6～5/8。

14、本发明第二方面提供一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构的施工方法，包括如下步骤：

15、(1)勘探坝址现场地形和地质条件，探明深厚覆盖层的厚度；

16、(2)场地整平，对表层软土进行加固，使其承载力能够满足桩基施工要求；

17、(3)进行混凝土桩和防渗墙施工，将混凝土桩桩头和防渗墙顶部采用扩大头式的柔性接头与混凝土坝段底板连接；

18、(4)布置柔性气囊和注浆管，柔性气囊顶部与混凝土坝段底板连接，初始气压为0.15～0.25mpa；进行混凝土坝段施工，在混凝土坝段之间连接部位设置橡胶垫层；施工完毕后，安装阻尼器和气压控制装置；

19、(5)在混凝土坝段后设置坝后堆石；

20、(6)施工质量检测，打开气压控制设备，当气压减小时自动对柔性气囊进行补压；在坝体正常运行过程中，当柔性气囊的体积达到0.8～1.5m3时，对柔性气囊进行抽气；抽气完毕后，通过注浆管进行注浆；注浆完成后，对柔性气囊进行充气，至气压达到初始气压后，停止充气。

21、如前所述，本发明施工难度小，施工建成的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构具有前述的有益效果。

22、进一步地，柔性接头施工完毕后，用混凝土涂抹柔性接头，以便于后续混凝土坝段的施工。

23、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：自重轻，断面尺寸小，经济性好，施工难度小，能够适于地形条件受限情况下使用。

技术特征：

1.一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，包括若干空心结构的混凝土坝段(1)，混凝土坝段(1)上游坡角为50°～80°，下游坡角为80°～90°；混凝土坝段(1)之间连接部位设置橡胶垫层(10)，并通过阻尼器(5)相连；阻尼器(5)设置在混凝土坝段(1)空腔中；深厚覆盖层(2)中设置混凝土桩(3)和防渗墙(4)，用以支撑混凝土坝段(1)。

2.根据权利要求1所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，混凝土桩(3)和防渗墙(4)分别通过柔性接头(7)与混凝土坝段(1)底板连接。

3.根据权利要求2所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，混凝土桩(3)桩头和防渗墙(4)顶部嵌入混凝土坝段(1)底板，柔性接头(7)由低发泡塑料板(8)和柔性防水填充物(9)组成，呈扩大头式结构。

4.根据权利要求3所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，混凝土桩(3)桩头嵌入混凝土坝段(1)底板的长度不小于0.10m；防渗墙(4)顶部嵌入混凝土坝段(1)底板的长度为0.15～0.30m。

5.根据权利要求1所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，还包括底板防脱空装置(11)，底板防脱空装置(11)包括柔性气囊(12)和气压控制设备(14)；柔性气囊(12)设置在混凝土坝段(1)底板底部，气压控制设备(14)设置在混凝土坝段(1)空腔中；气压控制设备(14)与柔性气囊(12)上的注气口(15)相连，用于对柔性气囊(12)进行抽气和自动补压；柔性气囊(12)上还连接有注浆管(13)。

6.根据权利要求5所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，柔性气囊(12)体积为0.8～1.5m3，能够承受0.15～0.25mpa压力。

7.根据权利要求1所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，混凝土坝段(1)下游设有坝后堆石(6)。

8.根据权利要求7所述的深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构，其特征在于，坝后堆石(6)堆载高度为混凝土坝段(1)坝高的1/4～1/2，宽度为混凝土坝段(1)坝宽的1/6～5/8。

9.一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，柔性接头(7)施工完毕后，用混凝土涂抹柔性接头(7)，以便于后续混凝土坝段(1)的施工。

技术总结
本发明公开了一种深厚覆盖层桩基混凝土组合坝结构及其施工方法，该桩基混凝土组合坝结构包括若干空心结构的混凝土坝段，混凝土坝段上游坡角为50°~80°，下游坡角为80°~90°；混凝土坝段之间连接部位设置橡胶垫层，并通过阻尼器相连；阻尼器设置在混凝土坝段空腔中；深厚覆盖层中设置混凝土桩和防渗墙，用以支撑混凝土坝段。本发明具有自重轻、断面尺寸小、经济性好、施工难度小的优点，能够适于地形条件受限情况下使用。

技术研发人员：杨贵,陈转转,吴杰鑫,朱锦,张艳妹
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12