專利名稱：一種土石壩的抗震組合面板及其施工方法
技術領域：
本發明屬于水利工程技術領域，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：
水電作為綠色可再生能源受到極大的重視，當前我國水電開發出現了前所未有的 高潮。面板堆石壩因其具有可充分利用當地天然材料，能適應不同的地質條件，施工方法比 較簡便等優點而得到青睞。以西部大開發中高土石壩建設為代表的水電工程對土石壩設計 提出了更高的要求，土石壩的高度已由幾十米發展到百米級、二百米級，乃至三百米級，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西部，由 于壩高庫大，壩址所在地區地形地質條件復雜，地震烈度高，環境惡劣，一旦失事，將產生災 難性的后果。面板是面板堆石壩防滲的重要結構，地震過程中面板的破壞與否直接關系到 整個大壩的安全。本發明之前，傳統的面板有鋼筋混凝土面板和浙青混凝土面板。傳統的混凝土面 板采用單層面板設計，只設計縱縫，沿縱向分開面板，而橫向施工縫中的鋼筋是通長的，因 此并沒有橫縫，面板沿縱向分成“條狀結構”。由于混凝土面板具有比堆石體更高的模量，適 應變形的能力差，混凝土和堆石體兩種材料變形不協調，墊層和堆石體變形過大會導致面 板脫空，且這種類型的面板在地震過程中容易產生較大的應力，從而導致開裂、扭曲、錯動 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生震陷74cm，水平位移 36cm，上游防滲面板發生張裂、扭曲變形，面板中的鋼筋出現彎折，震害嚴重，嚴重威脅下游 人民的生命安全和物質財產安全。傳統的浙青混凝土面板雖然比鋼筋混凝土面板具有更好 的適應變形的能力，但浙青材料不可避免的存在老化的問題，浙青混凝土面板表面長期與 水接觸或者暴露在空氣中，容易老化。在嚴冬低溫季節，浙青材料易破碎，其強度難以承受 由低溫收縮引起的拉伸應力，容易引起面板的開裂，而在高溫季節，浙青混凝土又易膨脹和 軟化，使得強度降低。目前石油價格高居不下，浙青混凝土面板厚度大，需要較多了浙青材 料，因此造價較高。在上游壩坡的斜坡上施工，攤鋪不方便，影響施工進度。傳統的堆石壩面板設計理念為通過提高面板的強度和抵抗變形的能力來防止面 板的開裂破壞。題為“混凝土面板堆石壩雙層面板抗裂技術探討”的學術論文(牟聲遠等， 水力發電，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 結構，使上下層面板解除約束，釋放變形，減小面板拉應力，實現面板抗裂變形與防滲功能 分割。但該文獻提出的面板結構是整塊的面板結構形式，這種面板雖然能在一定程度上適 應施工期自重作用下的撓曲變形，但對于地震作用下的剪切、扭曲、張裂等變形毫無適應能 力，且文獻中也沒有提及該面板結構在實際工程施工中的具體實施方法。這種面板結構的 上、下兩層面板直接接觸，沒有設置過渡材料，由于兩種材料模量的差異，在兩種材料接觸 處容易產生應力集中導致局部的裂縫和破壞。這種雙層面板結構的下層混凝土面板剛度 很大，在地震中承擔了較大的作用力，容易產生破壞，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。
發明內容
本發明的目的在于克服上述傳統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，該組合面板能適應地震作用下產生的開裂、扭曲、錯動等變形。
本發明的另一目的在于提供所述組合面板在實際工程應用中的施工方法。本發明采用以下技術方案實現一種土石壩的抗震組合面板，其主要技術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，優選邊長為12 18m，厚度為0. 2 0. 4m。混凝 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選2 5cm。本發明還涉及所述抗震組合面板的施工方法，包括以下步驟(1)填筑第一級壩體、過渡層和墊層；(2)第一級壩體以及過渡層和墊層施工到第一級高程后，在墊層表面鋪設5 IOcm厚的浙青砂漿，鋪設位置為第一級組合面板的下層混凝土面板分縫處；(3)根據高程自下而上澆筑或鋪設預制的組成第一級下層混凝土面板的矩形混凝 土塊，矩形混凝土塊之間預留縱縫和橫縫；(4)第一級下層面板混凝土塊養護達到設計強度后或鋪設完成后，在矩形混凝土 塊之間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(5)在第一級下層面板表面鋪設浙青層；(6)根據高程自下而上在浙青層上澆筑或鋪設預制的組成第一級上層面板的矩形 混凝土塊，矩形混凝土塊之間預留縱縫和橫縫，上層面板與下層面板的分縫位置相互交錯， 且第一級上層面板的施工高程低于下層面板的施工高程；(7)第一級上層面板混凝土塊養護達到設計強度后或鋪設完成后，在矩形混凝土 塊之間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(8)重復步驟1 7，進行下一級壩體和面板的施工，直至達到壩頂高程。本發明的優點和效果在于所述的面板結構改變了傳統的單層面板設計思路，由 于采用分塊組合設計，因此所述的面板具有較強的適應變形的能力，當面板發生撓曲、拉 裂、扭曲等變形時，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，可產生平 移、轉動等剛體位移，單塊面板本身變形很小，因此不會產生較大的應力而導致整個防滲系 統的破壞；由于采用了雙層面板結構，因此該面板還能適應剪切、錯動變形，上下兩層面板 可以相互錯動。本發明采用了多道防滲措施，浙青層適應變形能力強，在面板矩形混凝土塊 發生剛體位移時，浙青層能適應變形而不被破壞，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 矩形混凝土塊交錯搭接，因此整體穩定性好，安全可靠。本發明采用兩層面板，再加上中間的浙青層，相當于有三道防水保障，地震中即使一層面板或兩層面板遭到破壞，也不影響到 整個壩體的防滲安全，因此具有很高的抗震安全性。本發明所采用的材料都為目前水利工 程中應用廣泛的材料，所需的施工步驟簡單易行，不存在技術上的難度，因此工程造價低， 效果好。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。本發明的保護范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權利要求加以限定。
圖1本發明的抗震組合面板結構示意圖；圖2本發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。
具體實施例方式如圖1 圖4所示，一種土石壩的抗震組合面板結構，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都由多個矩形混凝土 塊7組成，矩形混凝土塊7邊長為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相互錯開，增加 滲透路徑長度，從而提高防滲能力。上述抗震組合面板的施工方法，包括以下技術步驟(1)根據設計要求對壩體填筑進行分級，根據面板尺寸的大小對上層面板1和下 層面板2進行分塊。分塊后對面板的澆筑也進行分級，面板分級時每級面板澆筑的頂部高 度應與下層混凝土面板3某一條設計橫向分縫6的標高一致，同時每級面板澆筑的高度要 低于同級施工的壩體高程。(2)先填筑第一級壩體、過渡層和墊層4，填筑方法與常規面板堆石壩相同，為了 簡化，壩體和過渡層在圖1中未標出。(3)待第一級壩體以及過渡層和墊層4施工到第一級高程后，在壩坡底部設置趾 板止水，趾板的設置方法與常規面板堆石壩相同。 (4)在墊層4表面鋪設5 IOcm厚的浙青砂漿8 (如圖4所示)，鋪設位置為第一 級下層面板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，防止澆灌浙青時滲漏。(5)澆筑第一級下層面板3，澆筑時按照各矩形混凝土塊7的高程自下而上進行， 面板矩形混凝土塊7與矩形混凝土塊7之間預留縱縫5和橫縫6。下層混凝土面板3澆筑 時分塊進行，先澆筑靠近壩底的矩形混凝土塊7，再一級一級往上澆筑。(6)待第一級下層面板3混凝土養護達到設計強度，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行，這樣可以使上部縫隙的浙青向下流動填充。(7)在第一級下層面板3表面鋪設一浙青層2。(8)根據高程自下而上在浙青層2上澆筑第一級上層面板1，上層面板1與下層面 板3的縱縫5和橫縫6位置相互錯開，矩形混凝土塊7與矩形混凝土塊7之間預留縱縫5 和橫縫6，第一級上層面板1的施工高程比第一級下層面板3的施工高程要低。
(9)待第一級上層面板1混凝土養護達到設計強度，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行，這樣可以使上部縫隙的浙青向下流動填充。(10)重復步驟2 9，進行下一級壩體和面板的施工，直至達到壩頂高程。當壩體高程較低時，面板的施工也可不進行分級而采用一級施工的方式，待整個 壩體施工完成后，再進行整個面板的施工，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場澆筑的施工方式外，也可采用 先預制后裝配的形式，施工方法與現澆的施工方式類似。采用預制施工方式的優點在于可 以事先將矩形混凝土塊7預制好，施工后不必養護，可加快工程的進度。上述分級施工步驟，在第一級壩體施工完成后，澆筑第一級面板的同時也可進行 第二級壩體的填筑，兩者同時進行可以加快施工進度。同樣，澆筑第二級面板的同時也可進 行第三級壩體的填筑，依次類推。
權利要求
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.根據權利要求1所述的抗震組合面板，其特征在于所述的混凝土塊邊長為12 18m，厚度為0. 2 0. 4m。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的抗震組合面板的施工方法，包括以下步驟(1)填筑第一級壩體、過渡層和墊層；(2)第一級壩體以及過渡層和墊層施工到第一級高程后，在墊層表面鋪設5 10cm厚 的浙青砂漿，鋪設位置為第一級下層混凝土面板分縫處；(3)根據高程自下而上澆筑或鋪設預制的組成第一級下層混凝土面板的矩形混凝土 塊，矩形混凝土塊之間預留縱縫和橫縫；(4)第一級下層面板混凝土塊養護達到設計強度后或鋪設完成后，在矩形混凝土塊之 間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(5)在第一級下層面板表面鋪設浙青層；(6)根據高程自下而上在浙青層上澆筑或鋪設預制的組成第一級上層面板的矩形混凝 土塊，矩形混凝土塊之間預留縱縫和橫縫，上層面板與下層面板的分縫位置相互交錯，且第 一級上層面板的施工高程低于下層面板的施工高程；(7)第一級上層面板混凝土塊養護達到設計強度后或鋪設完成后，在矩形混凝土塊之 間的縱縫和橫縫中間澆灌浙青；(8)重復步驟1 7，進行下一級壩體和面板的施工，直至達到壩頂高程。
6.根據權利要求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 板的施工采用一級施工的方式。
7.根據權利要求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面板 的同時進行下一級壩體的填筑施工。
全文摘要
本發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方式排列，矩形混凝土塊之間預留縱向和橫向分縫；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墊層、澆筑下層混凝土面板并在分縫中澆灌瀝青、鋪設瀝青層、澆筑上層面板并在分縫中澆灌瀝青等技術步驟。本發明的抗震組合面板適應地震變形的能力強，施工簡便，工程造價低，效果好。
文檔編號E02B3/12GK101831889SQ201010163299
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月5日 優先權日2010年5月5日
發明者丁選明, 于陶, 劉漢龍, 朱俊高, 肖楊 申請人:河海大學