專利名稱：一種高土石壩抗震措施及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高土石壩抗震措施及其施工方法。
背景技術(shù)：
我國80%的水能資源集中在西部，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和對水能資源的開發(fā)，必將在這些地方修建大量高壩以開發(fā)利用這些水能資源。土石壩具有選材容易、造價較低、結(jié)構(gòu)簡單、抗震性能好等優(yōu)點，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著人們對土石料材料性質(zhì)研究的深入和施工技術(shù)的進步，土石壩成為世界高壩建設(shè)的主流壩型之一。然而，由于水資源空間分布的限制，我國高土石壩往往修建在西部地震高烈度區(qū)。已有高土石壩震害和研究表明，高土石壩壩頂附近的地震反應(yīng)最大，是抗震設(shè)計的關(guān)鍵部位。地震中壩體的鞭鞘效應(yīng)，會使壩體頂部上、下游的堆石體出現(xiàn)松動、滾落，甚至淺層滑動，進而危及大壩的整體安全。因此，高土石壩的壩頂必須采取必要的抗震措施。在本發(fā)明之前，高土石壩壩頂抗震措施，一般采取設(shè)置馬道，并在馬道高程以上放緩壩坡；加寬壩頂寬度；壩頂一定范圍上、下游壩體內(nèi)鋪設(shè)柔性材料——土工格柵或鋪設(shè)剛性材料——混凝土格梁?，F(xiàn)有的這些工程措施問題在于放緩壩坡和加寬壩頂寬度加大了土石方量和工程造價；土工格柵屬于柔性材料，主要應(yīng)用于路提、邊坡等工程的加固中，在土石壩的上、下游堆石體中鋪設(shè)土工格柵的抗震措施，目前一般用于200m以下的土石壩； 混凝土格梁在澆筑后需要有一個齡期，待其達(dá)到一定強度后方能繼續(xù)進行壩料填筑，由于水能資源分布的限制，我國許多高土石壩建在川西高原和青藏地區(qū)，這些地區(qū)海拔高，氣溫低，冬季長達(dá)數(shù)月之久，降雪和積雪期長，混凝土澆筑困難，這大大制約了筑壩的施工進度， 且混凝土格梁是剛性體，無法適應(yīng)筑壩完成后壩體內(nèi)部的不均勻自然沉降和地震造成的豎向永久變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有高土石壩抗震措施存在的問題，克服其缺點，同時吸收柔性材料和剛性材料在抗震性能方面的優(yōu)點，提供一種高土石壩抗震措施及其施工方法。為了實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案
一種高土石壩的抗震措施，其結(jié)構(gòu)由鋼筋、土工格柵、不銹鋼網(wǎng)、預(yù)制混凝土錨固段和土工格柵包裹段組成，其技術(shù)特征在于在壩頂至1/5 1/4壩高范圍內(nèi)的上、下游壩殼堆石體中，根據(jù)堆石料碾壓層數(shù)，每隔三層鋪設(shè)一層鋼筋，鋼筋一端與預(yù)制混凝土錨固段固接，另一端與壩面不銹鋼網(wǎng)鉸接，鋼筋表面上澆浙青進行防銹處理；每層碾壓后的堆石體上均鋪設(shè)土工格柵，壩面處的土工格柵進行包裹式處理，翻卷到上一層碾壓后的堆石體上，形成土工格柵包裹段；心墻頂面的鋼筋貫穿整個堆石體，將上、下游壩面的不銹鋼網(wǎng)相連。所述的鋼筋為Φ 20 30的螺紋鋼，鋼筋水平伸入壩體的長度一般不小于30m，小于30m的伸至心墻表面。所述的鋼筋的豎向間距根據(jù)壩體堆石料碾壓層數(shù)，每隔三層鋪設(shè)一層鋼筋，每層鋼筋的水平向間距為Im 3m，上、下層鋼筋交錯布置。
所述的鋼筋表面上澆浙青進行防銹處理。所述的土工格柵在每層碾壓后的堆石體上鋪設(shè)，該層若有鋼筋，土工格柵鋪設(shè)在鋼筋之上。所述的土工格柵伸入壩體的長度與鋼筋的長度一致。所述的土工格柵縱向(主拉力向)垂直于壩軸線，且縱向(主拉力向)搭接長度不得小于lm，橫向搭接長度不得小于0. lm。所述的土工格柵鋪設(shè)時不允許有褶皺，并盡量人工拉緊，以U形釘固定于碾壓后的堆石體上。所述的土工格柵在堆石料填筑時不得發(fā)生移動，填料中不得含有尖銳棱角等有損土工格柵的塊石，上、下層土工格柵的搭接位置應(yīng)錯開，不得形成通縫。所述的土工格柵包裹段，是由下層壩面預(yù)留的土工格柵翻卷到上層碾壓后的堆石體上形成，且土工格柵在上層堆石體的覆蓋長度大于2. 5m，小于2. 5m的伸至心墻表面。所述的不銹鋼網(wǎng)，在壩頂至1/5 1/4壩高范圍內(nèi)的上、下游壩面布設(shè)，不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)肋中線間距為lm，并與上述壩殼堆石體伸出的鋼筋鉸接。所述的預(yù)制混凝土錨固段，為邊長30 70cm的預(yù)制正方體混凝土塊，混凝土塊內(nèi)伸出鋼筋連接頭，與壩體內(nèi)鋪設(shè)的鋼筋固接。本發(fā)明還涉及所述的一種高土石壩抗震措施的施工方法，包括以下技術(shù)步驟 (1)當(dāng)壩體填筑到距壩頂1/5 1/4壩體高度時，在堆石體中鋪設(shè)第一層鋼筋，鋼筋一
端伸到壩面，另一端伸到埋設(shè)混凝土錨固段的位置。(2)在距離壩面較遠(yuǎn)的鋼筋端點埋設(shè)預(yù)制混凝土錨固段，混凝土錨固段與鋼筋固接，在鋼筋表面澆浙青進行防銹處理。(3)在鋼筋上鋪第一層土工格柵，土工格柵深入壩體的長度與鋼筋長度一致，靠近壩面的一端伸出壩面大于5m。(4)繼續(xù)填筑堆石料，該層堆石料碾壓完后將壩面預(yù)留的土工格柵卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段。(5)在該層堆石料上繼續(xù)鋪設(shè)第二層土工格柵。(6)重復(fù)步驟(4)和(5)—次。(7)繼續(xù)填筑堆石料，將下層壩面預(yù)留的土工格柵卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段，然后在該層上繼續(xù)鋪設(shè)第二層鋼筋。(8)重復(fù)步驟(2)至步驟(7)，直至施工高程達(dá)到設(shè)計壩頂高程。( 9 )鋪設(shè)壩面不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)與伸出壩面的鋼筋鉸接。本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于充分吸收了土工格柵柔性材料和鋼筋剛性材料在抗震性能方面的優(yōu)點，剛?cè)峤Y(jié)合，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，抗震性能好，不受氣候環(huán)境影響，不影響施工進度，且不增加壩體尺寸，是一種經(jīng)濟實用的高土石壩抗震措施，尤其適合在我國水能資源分布豐富的西部高寒地區(qū)使用。壩殼堆石體內(nèi)鋪設(shè)土工格柵和鋼筋，增強了地震中壩坡的抗滑能力和壩體的穩(wěn)定性。堆石料通過與鋼筋和土工格柵的摩擦作用，將引起側(cè)向變形的拉力傳遞給鋼筋和土工格柵，由于鋼筋和土工格柵的變形模量大，因此可以限制堆石料的側(cè)向變形。壩坡處的土工格柵采用包裹式處理形成土工格柵包裹段，在堆石體中加了一個側(cè)向約束力，并且隨著豎向應(yīng)力的增加，側(cè)向約束力也增加，具有很好的約束變形的效果。壩面不銹鋼網(wǎng)與壩內(nèi)鋼筋鉸接，心墻頂面的鋼筋貫穿整個堆石體，將上、下游壩面的不銹鋼網(wǎng)相連，使壩頂部成為一個整體，增強壩體的整體抗震性，并且鉸接可以使壩內(nèi)鋼筋繞著壩面不銹鋼網(wǎng)的節(jié)點轉(zhuǎn)動，因此可以很好地適應(yīng)筑壩完成后壩體內(nèi)部的不均勻自然沉降和地震造成的豎向永久變形。不銹鋼網(wǎng)易加工、易切割、易焊接，可以根據(jù)現(xiàn)場的需要做及時的尺寸調(diào)整，施工方便。本發(fā)明不需要澆筑混凝土，不存在混凝土的齡期，不影響施工進度，尤其適合在我國水能資源分布豐富的西部高寒地區(qū)使用。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細(xì)描述。本發(fā)明的保護范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權(quán)利要求加以限定。


圖1——本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2——壩面不銹鋼網(wǎng)示意圖； 圖3——圖1中的A位置局部放大圖； 圖4——圖1中的B-B剖面圖。其中1、鋼筋；2、土工格柵；3、不銹鋼網(wǎng)；4、預(yù)制混凝土錨固段；5、土工格柵包裹段。
具體實施例方式
如圖1、2、3、4所示，一種高土石壩抗震措施，其結(jié)構(gòu)由鋼筋(1)，土工格柵(2)，不銹鋼網(wǎng)(3)，預(yù)制混凝土錨固段(4)，土工格柵包裹段(5)組成。在距壩頂1/5 1/4壩高范圍內(nèi)的上、下游壩殼堆石體中，根據(jù)堆石料碾壓的層數(shù)，每隔三層鋪設(shè)一層鋼筋(1)，鋼筋(1) 一端與預(yù)制混凝土錨固段(4)固接，另一端與壩面不銹鋼網(wǎng)(3)鉸接，鋼筋(1)表面上澆浙青進行防銹處理；每層碾壓后的堆石體上均鋪設(shè)土工格柵(2)，壩面處的土工格柵(2)采用包裹式處理，卷入上一層碾壓后的堆石體上形成土工格柵包裹段(5 )。土工格柵(2)縱向(主拉力向)極限抗拉強度，每延米縱向拉伸屈服力大于150kN， 土工格柵(2)單條抗拉強度大于250MPa，單條屈服極限延伸率彡8%，橫向屈服極限延伸率 ^ 10%，延伸率在3%時的抗拉力大于60kN/m，橫向抗拉力大于80kN/m，土工格柵(2)橫向之間應(yīng)連接可靠，接頭抗拉強度大于50kN/m。土工格柵鋪(2)設(shè)時不允許有褶皺，并盡量人工拉緊，以U形釘固定于碾壓后的堆石體上。U形釘由Φ5 10的鋼筋制成，U形釘寬度為 100mm，長為 450_。本發(fā)明在土石壩填筑到距設(shè)計壩頂1/5 1/4壩體高度時，鋪設(shè)第一層鋼筋(1)， 埋設(shè)預(yù)制混凝土錨固段(4)，鋼筋(1)的一端伸至壩面，另一端與混凝土錨固段(4)伸出的鋼筋固接，在鋼筋(1)的表面澆浙青進行防銹處理。在鋼筋(1)上鋪設(shè)第一層土工格柵(2)， 壩面處的土工格柵(2)預(yù)留一定長度，繼續(xù)進行壩體堆石料的填筑，當(dāng)該層碾壓完畢后，將下層壩面預(yù)留的土工格柵(2)卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段(5)。在此層上鋪設(shè)第二層土工格柵(2)，壩面處的土工格柵(2)預(yù)留一定長度，繼續(xù)進行壩體堆石料的填筑，當(dāng)該層碾壓完畢后，將下層壩面預(yù)留的土工格柵(2)卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段(5)，在此層上鋪設(shè)第三層土工格柵(2)，壩面處的土工格柵(2)預(yù)留一定長度，繼續(xù)進行壩體堆石體的填筑，當(dāng)該層碾壓完畢后，將下層壩面預(yù)留的土工格柵(2)卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段(5)。鋪設(shè)第二層鋼筋(1)，重復(fù)以上施工過程，直至施工高程達(dá)到壩體設(shè)計高程。壩面布設(shè)不銹鋼網(wǎng)(3)，不銹鋼網(wǎng)(3)與鋼筋(1)鉸接。心墻頂面的鋼筋(1)貫穿整個堆石體，將上、下游壩面的不銹鋼網(wǎng)(3)相連，使壩頂部成為一個整體。
權(quán)利要求
1.一種高土石壩抗震措施，其結(jié)構(gòu)由鋼筋、土工格柵、不銹鋼網(wǎng)、預(yù)制混凝土錨固段和土工格柵包裹段組成，其特征在于在壩頂至1/5 1/4壩高范圍內(nèi)的上、下游壩殼堆石體中，根據(jù)堆石料碾壓層數(shù)，每隔三層鋪設(shè)一層鋼筋，鋼筋一端與預(yù)制混凝土錨固段固接，另一端與壩面不銹鋼網(wǎng)鉸接，鋼筋表面上澆浙青進行防銹處理；每層碾壓后的堆石體上均鋪設(shè)土工格柵，壩面預(yù)留土工格柵翻卷到上一層碾壓后的堆石體上，形成土工格柵包裹段；心墻頂面的鋼筋貫穿整個堆石體，將上、下游壩面的不銹鋼網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于鋼筋為Φ20 30的螺紋鋼，鋼筋水平伸入壩殼堆石體的長度一般不小于30m，小于30m的伸至心墻表面，鋼筋的豎向間距根據(jù)壩體堆石料碾壓層數(shù)，每隔三層鋪設(shè)一層鋼筋，每層鋼筋的水平向間距為 Im 3m，上、下層鋼筋交錯布置；鋼筋表面上澆浙青進行防銹處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于土工格柵在每層碾壓后的堆石體上鋪設(shè)，該層若有鋼筋，土工格柵鋪設(shè)在鋼筋之上，土工格柵伸入壩體的長度與鋼筋的長度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于土工格柵的縱向搭接長度不得小于lm，橫向搭接長度不得小于0. lm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于土工格柵鋪設(shè)時上、下層的搭接位置應(yīng)錯開，不得形成通縫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于土工格柵包裹段是由下層壩面預(yù)留的土工格柵翻卷到上層碾壓后的堆石體上形成，且土工格柵在上層堆石體的覆蓋長度大于2. 5m,小于2. 5m的伸至心墻表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于不銹鋼網(wǎng)在壩頂至 1/5 1/4壩高范圍內(nèi)的上、下游壩面布設(shè)，不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)肋中線間距為lm，并與壩殼堆石體伸出壩面的鋼筋鉸接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高土石壩抗震措施，其特征在于預(yù)制混凝土錨固段為邊長30 70cm的預(yù)制正方體混凝土塊，混凝土塊內(nèi)伸出鋼筋連接頭，與壩體內(nèi)鋪設(shè)的鋼筋固接。
9.一種基于根據(jù)權(quán)利要求1所述的高土石壩抗震措施的施工方法，包括以下技術(shù)步驟(1)當(dāng)壩體填筑到距壩頂1/5 1/4壩體高度時，在堆石體中鋪設(shè)第一層鋼筋，鋼筋一端伸到壩面，另一端伸到埋設(shè)混凝土錨固段的位置；(2)在距離壩面較遠(yuǎn)的鋼筋端點埋設(shè)預(yù)制混凝土錨固段，混凝土錨固段與鋼筋固接，在鋼筋表面上澆浙青進行防銹處理；(3)在鋼筋上鋪第一層土工格柵，土工格柵深入壩體的長度與鋼筋長度一致，靠近壩面的一端伸出壩面大于5m;(4)繼續(xù)填筑堆石料，該層堆石料碾壓完后將壩面預(yù)留的土工格柵卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段；(5)在該層堆石料上繼續(xù)鋪設(shè)第二層土工格柵；(6)重復(fù)步驟(4)和(5)—次；(7)繼續(xù)填筑堆石料，將下層壩面預(yù)留的土工格柵卷起，進行包裹式處理，形成土工格柵包裹段，然后在該層上鋪設(shè)第二層鋼筋；(8)重復(fù)步驟(2)至步驟(7)，直至施工高程達(dá)到設(shè)計壩頂高程；(9)鋪設(shè)壩面不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)與伸出壩面的鋼筋鉸接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高土石壩抗震措施及其施工方法，由鋼筋、土工格柵、不銹鋼網(wǎng)、預(yù)制混凝土錨固段和土工格柵包裹段組成抗震結(jié)構(gòu)。在壩頂至1/5～1/4壩高范圍內(nèi)的上、下游壩殼堆石體中，根據(jù)堆石料碾壓層數(shù)，每隔三層鋪設(shè)一層鋼筋并上澆瀝青進行防銹處理，鋼筋一端與預(yù)制混凝土錨固段固接，另一端與壩面不銹鋼網(wǎng)鉸接；每層碾壓后的堆石體上均鋪設(shè)土工格柵，壩面預(yù)留土工格柵翻卷到上一層碾壓后的堆石體上，形成土工格柵包裹段；心墻頂面的鋼筋貫穿整個堆石體，將上、下游壩面的不銹鋼網(wǎng)相連。本發(fā)明吸收了柔性材料和剛性材料在抗震方面的優(yōu)點，抗震性能好，施工方便，不影響施工進度，不增加壩體尺寸，是一種經(jīng)濟實用的高土石壩抗震措施。
文檔編號E02B7/06GK102261053SQ20111012219
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者丁選明, 余挺, 劉漢龍, 楊星, 楊貴 申請人:河海大學(xué)