專利名稱：一種土石壩的抗震組合面板及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土石壩面板及其施工方法，特別涉及一 種土石壩的抗震組合面板及其施工方法。
背景技術(shù)：
水電作為綠色可再生能源受到極大的重視，當(dāng)前我國(guó)水電開發(fā)出現(xiàn)了前所未有的 高潮。面板堆石壩因其具有可充分利用當(dāng)?shù)靥烊徊牧?，能適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，施工方法比 較簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而得到青睞。以西部大開發(fā)中高土石壩建設(shè)為代表的水電工程對(duì)土石壩設(shè)計(jì) 提出了更高的要求，土石壩的高度已由幾十米發(fā)展到百米級(jí)、二百米級(jí)，乃至三百米級(jí)，如 水布椏232米高面板堆石壩，江坪河225米高面板堆石壩等。這些工程多位于我國(guó)西部，由 于壩高庫(kù)大，壩址所在地區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，地震烈度高，環(huán)境惡劣，一旦失事，將產(chǎn)生災(zāi) 難性的后果。面板是面板堆石壩防滲的重要結(jié)構(gòu)，地震過(guò)程中面板的破壞與否直接關(guān)系到 整個(gè)大壩的安全。本發(fā)明之前，傳統(tǒng)的面板有鋼筋混凝土面板和浙青混凝土面板。傳統(tǒng)的混凝土面 板采用單層面板設(shè)計(jì)，只設(shè)計(jì)縱縫，沿縱向分開面板，而橫向施工縫中的鋼筋是通長(zhǎng)的，因 此并沒(méi)有橫縫，面板沿縱向分成“條狀結(jié)構(gòu)”。由于混凝土面板具有比堆石體更高的模量，適 應(yīng)變形的能力差，混凝土和堆石體兩種材料變形不協(xié)調(diào)，墊層和堆石體變形過(guò)大會(huì)導(dǎo)致面 板脫空，且這種類型的面板在地震過(guò)程中容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致開裂、扭曲、錯(cuò)動(dòng) 等破壞，抗震能力差。如“5. 12”汶川大地震中紫坪鋪面板堆石壩產(chǎn)生震陷74cm，水平位移 36cm，上游防滲面板發(fā)生張裂、扭曲變形，面板中的鋼筋出現(xiàn)彎折，震害嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅下游 人民的生命安全和物質(zhì)財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)的浙青混凝土面板雖然比鋼筋混凝土面板具有更好 的適應(yīng)變形的能力，但浙青材料不可避免的存在老化的問(wèn)題，浙青混凝土面板表面長(zhǎng)期與 水接觸或者暴露在空氣中，容易老化。在嚴(yán)冬低溫季節(jié)，浙青材料易破碎，其強(qiáng)度難以承受 由低溫收縮引起的拉伸應(yīng)力，容易引起面板的開裂，而在高溫季節(jié)，浙青混凝土又易膨脹和 軟化，使得強(qiáng)度降低。目前石油價(jià)格高居不下，浙青混凝土面板厚度大，需要較多了浙青材 料，因此造價(jià)較高。在上游壩坡的斜坡上施工，攤鋪不方便，影響施工進(jìn)度。傳統(tǒng)的堆石壩面板設(shè)計(jì)理念為通過(guò)提高面板的強(qiáng)度和抵抗變形的能力來(lái)防止面 板的開裂破壞。題為“混凝土面板堆石壩雙層面板抗裂技術(shù)探討”的學(xué)術(shù)論文(牟聲遠(yuǎn)等， 水力發(fā)電，2008年第1期)提出了一種浙青混凝土面板與普通混凝土面板組合的雙層面板 結(jié)構(gòu)，使上下層面板解除約束，釋放變形，減小面板拉應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)面板抗裂變形與防滲功能 分割。但該文獻(xiàn)提出的面板結(jié)構(gòu)是整塊的面板結(jié)構(gòu)形式，這種面板雖然能在一定程度上適 應(yīng)施工期自重作用下的撓曲變形，但對(duì)于地震作用下的剪切、扭曲、張裂等變形毫無(wú)適應(yīng)能 力，且文獻(xiàn)中也沒(méi)有提及該面板結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程施工中的具體實(shí)施方法。這種面板結(jié)構(gòu)的 上、下兩層面板直接接觸，沒(méi)有設(shè)置過(guò)渡材料，由于兩種材料模量的差異，在兩種材料接觸 處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致局部的裂縫和破壞。這種雙層面板結(jié)構(gòu)的下層混凝土面板剛度 很大，在地震中承擔(dān)了較大的作用力，容易產(chǎn)生破壞，下層混凝土面板在地震中破壞后，上層浙青混凝土將難以承受下層面板破壞后的不均勻變形，使上層浙青混凝土面板也遭到破 壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述傳統(tǒng)面板抵抗地震變形能力差的缺陷，提出一種土石 壩的抗震組合面板，該組合面板能適應(yīng)地震作用下產(chǎn)生的開裂、扭曲、錯(cuò)動(dòng)等變形。
本發(fā)明的另一目的在于提供所述組合面板在實(shí)際工程應(yīng)用中的施工方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種土石壩的抗震組合面板，其主要技術(shù)特征在于組合面板由上、下兩層混凝土 面板和浙青層組成；所述的混凝土面板由矩形混凝土塊組合而成，矩形混凝土塊之間預(yù)留 縱向和橫向分縫；上、下兩層混凝土面板的混凝土塊采用交錯(cuò)方式排列；上、下兩層混凝土 面板之間為浙青層；各矩形混凝土塊間的橫縫和縱縫都采用浙青充填。所述的矩形混凝土塊形狀相同，優(yōu)選邊長(zhǎng)為12 18m，厚度為0. 2 0. 4m?；炷?土塊之間縱向和橫向分縫的縫寬為1 2cm。所述的浙青層厚度優(yōu)選2 5cm。本發(fā)明還涉及所述抗震組合面板的施工方法，包括以下步驟(1)填筑第一級(jí)壩體、過(guò)渡層和墊層；(2)第一級(jí)壩體以及過(guò)渡層和墊層施工到第一級(jí)高程后，在墊層表面鋪設(shè)5 IOcm厚的浙青砂漿，鋪設(shè)位置為第一級(jí)組合面板的下層混凝土面板分縫處；(3)根據(jù)高程自下而上澆筑或鋪設(shè)預(yù)制的組成第一級(jí)下層混凝土面板的矩形混凝 土塊，矩形混凝土塊之間預(yù)留縱縫和橫縫；(4)第一級(jí)下層面板混凝土塊養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后或鋪設(shè)完成后，在矩形混凝土 塊之間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(5)在第一級(jí)下層面板表面鋪設(shè)浙青層；(6)根據(jù)高程自下而上在浙青層上澆筑或鋪設(shè)預(yù)制的組成第一級(jí)上層面板的矩形 混凝土塊，矩形混凝土塊之間預(yù)留縱縫和橫縫，上層面板與下層面板的分縫位置相互交錯(cuò)， 且第一級(jí)上層面板的施工高程低于下層面板的施工高程；(7)第一級(jí)上層面板混凝土塊養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后或鋪設(shè)完成后，在矩形混凝土 塊之間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(8)重復(fù)步驟1 7，進(jìn)行下一級(jí)壩體和面板的施工，直至達(dá)到壩頂高程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于所述的面板結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)的單層面板設(shè)計(jì)思路，由 于采用分塊組合設(shè)計(jì)，因此所述的面板具有較強(qiáng)的適應(yīng)變形的能力，當(dāng)面板發(fā)生撓曲、拉 裂、扭曲等變形時(shí)，其變形都集中在縱縫和橫縫完成，且面板本身自由不受約束，可產(chǎn)生平 移、轉(zhuǎn)動(dòng)等剛體位移，單塊面板本身變形很小，因此不會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力而導(dǎo)致整個(gè)防滲系 統(tǒng)的破壞；由于采用了雙層面板結(jié)構(gòu)，因此該面板還能適應(yīng)剪切、錯(cuò)動(dòng)變形，上下兩層面板 可以相互錯(cuò)動(dòng)。本發(fā)明采用了多道防滲措施，浙青層適應(yīng)變形能力強(qiáng)，在面板矩形混凝土塊 發(fā)生剛體位移時(shí)，浙青層能適應(yīng)變形而不被破壞，起到很好的防滲效果。在上層面板分縫、 上下層面板之間以及下層面板分縫都采取了嚴(yán)格的浙青層防滲措施。由于上下兩層面板的 矩形混凝土塊交錯(cuò)搭接，因此整體穩(wěn)定性好，安全可靠。本發(fā)明采用兩層面板，再加上中間的浙青層，相當(dāng)于有三道防水保障，地震中即使一層面板或兩層面板遭到破壞，也不影響到 整個(gè)壩體的防滲安全，因此具有很高的抗震安全性。本發(fā)明所采用的材料都為目前水利工 程中應(yīng)用廣泛的材料，所需的施工步驟簡(jiǎn)單易行，不存在技術(shù)上的難度，因此工程造價(jià)低， 效果好。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以具體實(shí)施方式
為限，而是由權(quán)利要求加以限定。



圖1本發(fā)明的抗震組合面板結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的抗震組合面板布置方式示意圖；圖3圖1中A位置局部放大圖；圖4圖1中B位置局部放大圖。
具體實(shí)施例方式如圖1 圖4所示，一種土石壩的抗震組合面板結(jié)構(gòu)，由上層混凝土面板1、浙青層 2和下層混凝土面板3組成。上層混凝土面板1和下層混凝土面板3都由多個(gè)矩形混凝土 塊7組成，矩形混凝土塊7邊長(zhǎng)為12 18m，厚度為0. 2 0. 4m。矩形混凝土塊7與矩形 混凝土塊7之間預(yù)留縱向分縫5和橫向分縫6，縫寬1 2cm ；上層混凝土面板1和下層混 凝土面板3之間用浙青層2填充，浙青層厚2 5cm ；矩形混凝土塊7間的縱向分縫5和橫 向分縫6都采用浙青填充。上層混凝土面板1和下層混凝土面板3的各矩形混凝土塊7采 用交錯(cuò)搭接的方式(如圖2所示)，使兩層面板的縱向分縫5和橫向分縫6相互錯(cuò)開，增加 滲透路徑長(zhǎng)度，從而提高防滲能力。上述抗震組合面板的施工方法，包括以下技術(shù)步驟(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)壩體填筑進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)面板尺寸的大小對(duì)上層面板1和下 層面板2進(jìn)行分塊。分塊后對(duì)面板的澆筑也進(jìn)行分級(jí)，面板分級(jí)時(shí)每級(jí)面板澆筑的頂部高 度應(yīng)與下層混凝土面板3某一條設(shè)計(jì)橫向分縫6的標(biāo)高一致，同時(shí)每級(jí)面板澆筑的高度要 低于同級(jí)施工的壩體高程。(2)先填筑第一級(jí)壩體、過(guò)渡層和墊層4，填筑方法與常規(guī)面板堆石壩相同，為了 簡(jiǎn)化，壩體和過(guò)渡層在圖1中未標(biāo)出。(3)待第一級(jí)壩體以及過(guò)渡層和墊層4施工到第一級(jí)高程后，在壩坡底部設(shè)置趾 板止水，趾板的設(shè)置方法與常規(guī)面板堆石壩相同。 (4)在墊層4表面鋪設(shè)5 IOcm厚的浙青砂漿8 (如圖4所示)，鋪設(shè)位置為第一 級(jí)下層面板3的縱縫5和橫縫6處，浙青砂漿墊層8的作用是使下層混凝土面板3的縱向 分縫5和橫向分縫6底面封閉，防止?jié)补嗾闱鄷r(shí)滲漏。(5)澆筑第一級(jí)下層面板3，澆筑時(shí)按照各矩形混凝土塊7的高程自下而上進(jìn)行， 面板矩形混凝土塊7與矩形混凝土塊7之間預(yù)留縱縫5和橫縫6。下層混凝土面板3澆筑 時(shí)分塊進(jìn)行，先澆筑靠近壩底的矩形混凝土塊7，再一級(jí)一級(jí)往上澆筑。(6)待第一級(jí)下層面板3混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，在矩形混凝土塊7與矩形混凝 土塊7之間的縱縫5和橫縫6中間澆灌浙青，同時(shí)下層面板3與兩岸壩肩接觸的周邊縫也用浙青填充，浙青的澆灌從上而下進(jìn)行，這樣可以使上部縫隙的浙青向下流動(dòng)填充。(7)在第一級(jí)下層面板3表面鋪設(shè)一浙青層2。(8)根據(jù)高程自下而上在浙青層2上澆筑第一級(jí)上層面板1，上層面板1與下層面 板3的縱縫5和橫縫6位置相互錯(cuò)開，矩形混凝土塊7與矩形混凝土塊7之間預(yù)留縱縫5 和橫縫6，第一級(jí)上層面板1的施工高程比第一級(jí)下層面板3的施工高程要低。
(9)待第一級(jí)上層面板1混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，在矩形混凝土塊7與矩形混凝 土塊7之間的縱縫5和橫縫6中間澆灌浙青，同時(shí)上層面板1與兩岸壩肩接觸的周邊縫也 用浙青填充，浙青的澆灌從上而下進(jìn)行，這樣可以使上部縫隙的浙青向下流動(dòng)填充。(10)重復(fù)步驟2 9，進(jìn)行下一級(jí)壩體和面板的施工，直至達(dá)到壩頂高程。當(dāng)壩體高程較低時(shí)，面板的施工也可不進(jìn)行分級(jí)而采用一級(jí)施工的方式，待整個(gè) 壩體施工完成后，再進(jìn)行整個(gè)面板的施工，施工方法同步驟3 9。面板的矩形混凝土塊7，除了上述步驟中所述的現(xiàn)場(chǎng)澆筑的施工方式外，也可采用 先預(yù)制后裝配的形式，施工方法與現(xiàn)澆的施工方式類似。采用預(yù)制施工方式的優(yōu)點(diǎn)在于可 以事先將矩形混凝土塊7預(yù)制好，施工后不必養(yǎng)護(hù)，可加快工程的進(jìn)度。上述分級(jí)施工步驟，在第一級(jí)壩體施工完成后，澆筑第一級(jí)面板的同時(shí)也可進(jìn)行 第二級(jí)壩體的填筑，兩者同時(shí)進(jìn)行可以加快施工進(jìn)度。同樣，澆筑第二級(jí)面板的同時(shí)也可進(jìn) 行第三級(jí)壩體的填筑，依次類推。
權(quán)利要求
一種土石壩的抗震組合面板，其特征在于組合面板由上、下兩層混凝土面板和瀝青層組成；所述的混凝土面板由矩形混凝土塊組合而成，矩形混凝土塊之間預(yù)留縱向和橫向分縫；上、下兩層混凝土面板的混凝土塊采用交錯(cuò)方式排列；上、下兩層混凝土面板之間為瀝青層；各矩形混凝土塊間的橫縫和縱縫都采用瀝青充填。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震組合面板，其特征在于所述的混凝土塊邊長(zhǎng)為12 18m，厚度為0. 2 0. 4m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震組合面板，其特征在于所述的混凝土面板混凝土塊之 間的縱向和橫向分縫寬1 2cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震組合面板，其特征在于所述的浙青層厚度為2 5cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震組合面板的施工方法，包括以下步驟(1)填筑第一級(jí)壩體、過(guò)渡層和墊層；(2)第一級(jí)壩體以及過(guò)渡層和墊層施工到第一級(jí)高程后，在墊層表面鋪設(shè)5 10cm厚 的浙青砂漿，鋪設(shè)位置為第一級(jí)下層混凝土面板分縫處；(3)根據(jù)高程自下而上澆筑或鋪設(shè)預(yù)制的組成第一級(jí)下層混凝土面板的矩形混凝土 塊，矩形混凝土塊之間預(yù)留縱縫和橫縫；(4)第一級(jí)下層面板混凝土塊養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后或鋪設(shè)完成后，在矩形混凝土塊之 間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(5)在第一級(jí)下層面板表面鋪設(shè)浙青層；(6)根據(jù)高程自下而上在浙青層上澆筑或鋪設(shè)預(yù)制的組成第一級(jí)上層面板的矩形混凝 土塊，矩形混凝土塊之間預(yù)留縱縫和橫縫，上層面板與下層面板的分縫位置相互交錯(cuò)，且第 一級(jí)上層面板的施工高程低于下層面板的施工高程；(7)第一級(jí)上層面板混凝土塊養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后或鋪設(shè)完成后，在矩形混凝土塊之 間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(8)重復(fù)步驟1 7，進(jìn)行下一級(jí)壩體和面板的施工，直至達(dá)到壩頂高程。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗震組合面板的施工方法，其特征在于所述的抗震組合面 板的施工采用一級(jí)施工的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗震組合面板的施工方法，其特征在于在澆筑某一級(jí)面板 的同時(shí)進(jìn)行下一級(jí)壩體的填筑施工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗震組合面板及其施工方法。所述的抗震組合面板由上、下兩層混凝土面板和瀝青層組成，混凝土面板由矩形混凝土塊組合而成，上、下兩層混凝土面板的矩形混凝土塊采用交錯(cuò)方式排列，矩形混凝土塊之間預(yù)留縱向和橫向分縫；上、下兩層混凝土面板之間為瀝青層，矩形混凝土塊間的橫縫和縱縫都采用瀝青充填。其施工方法包括鋪設(shè)墊層、澆筑下層混凝土面板并在分縫中澆灌瀝青、鋪設(shè)瀝青層、澆筑上層面板并在分縫中澆灌瀝青等技術(shù)步驟。本發(fā)明的抗震組合面板適應(yīng)地震變形的能力強(qiáng)，施工簡(jiǎn)便，工程造價(jià)低，效果好。
文檔編號(hào)E02B3/12GK101831889SQ201010163299
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者丁選明, 于陶, 劉漢龍, 朱俊高, 肖楊 申請(qǐng)人:河海大學(xué)