一種摻橡膠抗震土石壩及其設計施工方法與流程
2023-05-26 05:36:36 1
本發明涉及水利工程技術領域，具體是一種摻橡膠抗震土石壩及其設計施工方法。
背景技術：
在全球變暖的背景下，利用新能源代替傳統能源勢在必行。水能是清潔可再能源被認為是替代化石能源建設低碳經濟的重要途徑。我國80％以上的水能位於西部地區，但是西部地區地質災害頻繁，興建土石壩投資巨大，一旦發生潰壩對國家和下遊人民造成極大損失。研究抵抗地質災害特別是地震的土石壩抗震防災措施具有重大的社會和經濟意義。
土石壩在建設過程中為了獲得較大的幹密度通常要求堆石料級配良好或所謂的「分形曲線」級配。在地震、爆炸等高能荷載作用下這種級配要求有利於保持顆粒的完整性但不利於能量的耗散，容易造成壩體的整體破化。堆石料的破碎有利於壩體的消能，但顆粒破碎常常發生在級配不良的大粒徑填料，如果採用此種級配容易造成壩體的滲透破壞。工程上用於抗震的結構措施應用最為廣泛和成功的當屬阻尼器，不同於橋梁高層建築等杆件體系，土石壩屬於大面積接觸受力的構築物，傳統的阻尼器不能用於土石壩的抗震。
現有技術中主要通過加筋或者高聚物注漿等方法，提高壩體的柔韌性降低剛度的措施來實現抗震，這些方法都需要注漿加大了施工難度，而且高聚物容易老化降解，其生產過程也易對環境產生不良影響。
技術實現要素：
本發明的目的是解決現有技術中施工難度大、高聚物容易老化降解，不利於保護環境等問題。
為實現本發明目的而採用的技術方案是這樣的，一種摻橡膠抗震土石壩，包括摻橡膠心牆土石壩，其特徵在於：包括心牆、摻橡膠堆石料、堆石料和橡膠顆粒；
摻橡膠心牆土石壩的截面呈梯形；摻橡膠心牆土石壩的二分之一高度處為分界線，所述分界線的上方為堆石料堆砌而成、下方為摻橡膠堆石料堆砌而成；
所述摻橡膠堆石料為橡膠顆粒和堆石料構成的混合物；
摻橡膠心牆土石壩的中心位置處設有心牆。
一種摻橡膠抗震土石壩，包括摻橡膠面板土石壩，其特徵在於：包括摻橡膠堆石料、堆石料、面板和橡膠顆粒；
摻橡膠面板土石壩的截面成梯形；摻橡膠面板土石壩的上遊和下遊的對稱線為分界線；所述上遊一側為摻橡膠堆石料堆砌而成、下遊一側為堆石料堆砌而成；
所述摻橡膠堆石料為橡膠顆粒和堆石料構成的混合物；
摻橡膠面板土石壩的上遊外表面設有面板。
一種摻橡膠抗震土石壩的設計施工方法，其特徵在於，包括以下步驟：
1)勘探環境後選取合理料源；
2)進行料場堆石料碾壓試驗，確定、設計並選取合理的堆石料級配，繪製級配曲線；
3)去除步驟2)中得到的級配曲線中，小於某粒徑之百分數10％以下、30～35％、50～55％的堆石料；
4)用等質量的橡膠顆粒替代去除的堆石料；
得出堆石料和橡膠顆粒的質量比，形成的橡膠顆粒和堆石料的曲線；
5)經過大型篩分系統去除步驟3)中的堆石料，加入步驟4)中的橡膠顆粒，拌合裝料；
6)進行碾壓實驗，確定最大擊實功、鋪料厚度、最優含水率的相關參數，通過常規填築方法進行鋪料碾壓。
進一步，所述橡膠顆粒為廢棄輪胎粉碎後得到的產物；所述橡膠顆粒的粒徑小於10mm。
進一步，所述心牆的材料為瀝青或粘土。
進一步，所述面板的材料為混凝土。
本發明的技術效果是毋庸置疑的，本發明具有以下優點：
1)能夠有效吸收地震循環荷載對壩體產生的能量，替代堆石料3破碎消能機制，從而防止顆粒破碎，減少地震永久變形。
2)我國每年廢棄輪胎達5億多條，常規回收方法如焚燒，生產膠粉等都會對環境產生一定汙染，本發明提供一種無汙染廢輪胎處置措施。
3)與摻礫心牆施工方法類似，採用常規的施工方法，不需要額外的施工機械，不會增加施工成本。同時能降低堆石料的使用量節省開挖成本。
4)添加的橡膠顆粒較小，填充在堆石料孔隙中，避免了壓築不實，幹密度達不到要求的情況。
附圖說明
圖1為本發明料場堆石料級配曲線圖；
圖2為本發明橡膠顆粒取代堆石料部分的曲線圖；
圖3為本發明摻橡膠心牆土石壩示意圖；
圖4為本發明摻橡膠面板土石壩示意圖；
圖5為圖3、4中A區域放大圖。
圖中：心牆1、摻橡膠堆石料2、堆石料3、面板4、橡膠顆粒5。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題範圍僅限於下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護範圍內。
實施例1：
如圖3和圖5所示，一種摻橡膠抗震土石壩，包括摻橡膠心牆土石壩，其特徵在於：包括心牆1、摻橡膠堆石料2、堆石料3和橡膠顆粒5；
摻橡膠心牆土石壩的截面呈梯形；摻橡膠心牆土石壩的二分之一高度處為分界線，所述分界線的上方為堆石料3堆砌而成、下方為摻橡膠堆石料2堆砌而成；
所述摻橡膠堆石料2為橡膠顆粒5和堆石料3構成的混合物；
摻橡膠心牆土石壩的中心位置處設有心牆1。
所述橡膠顆粒5為廢棄輪胎粉碎後得到的產物；所述橡膠顆粒5的粒徑小於10mm。
所述心牆1的材料為瀝青或粘土。
所述面板4的材料為混凝土。
一種摻橡膠抗震土石壩的設計施工方法，其特徵在於，包括以下步驟：
1)勘探選取合理料源，堆石料3的巖石抗壓強度及軟化係數應滿足相關規範要求。
2)剔除1000mm粒徑石塊，通過碾壓試驗確定設計選取合理的堆石料3級配，繪製級配曲線如圖1，級配曲線應位於設計包線內。確定控制鋪料厚度，碾壓遍數等碾壓施工參數以及碾壓機械。
3)去除級配曲線中小於某粒徑之百分數10％以下，30～35％，50～55％的堆石料3；
4)以等質量的廢棄輪胎橡膠顆粒5替代去除的堆石料3，
得出堆石料3和橡膠顆粒5的質量比，形成如圖2所示橡膠顆粒5和堆石料3的曲線。
5)經過大型篩分系統去除步驟3)中的堆石料3，加入步驟4)中的橡膠顆粒5，拌合裝料；
6)再次開展碾壓實驗確定摻橡膠堆石料3的最大擊實功、鋪料厚度、最優含水率等施工參數；
通過常規填築方法分層進行摻橡膠堆石料2鋪料碾壓。鋪料厚度宜均勻，嚴禁超壓。
待填築高度達到設計壩頂高程的1/2後繼續填築堆石料3至壩體設計高程。
實施例2：
如圖4和圖5所示，一種摻橡膠抗震土石壩，包括摻橡膠面板土石壩，其特徵在於：包括摻橡膠堆石料2、堆石料3、面板4和橡膠顆粒5；
摻橡膠面板土石壩的截面成梯形；摻橡膠面板土石壩的上遊和下遊的對稱線為分界線；所述上遊一側為摻橡膠堆石料2堆砌而成、下遊一側為堆石料3堆砌而成；
所述摻橡膠堆石料2為橡膠顆粒5和堆石料3構成的混合物；
摻橡膠面板土石壩的上遊外表面設有面板4。
所述橡膠顆粒5為廢棄輪胎粉碎後得到的產物；所述橡膠顆粒5的粒徑小於10mm。
所述心牆1的材料為瀝青或粘土。
所述面板4的材料為混凝土。
一種摻橡膠抗震土石壩的設計施工方法，其特徵在於，包括以下步驟：
1)勘探選取合理料源，堆石料3的巖石抗壓強度及軟化係數應滿足相關規範要求。
2)剔除1000mm粒徑石塊，通過碾壓試驗確定設計選取合理的堆石料3級配，繪製級配曲線如圖1，級配曲線應位於設計包線內。確定控制鋪料厚度，碾壓遍數等碾壓施工參數以及碾壓機械。
3)去除級配曲線中小於某粒徑之百分數10％以下，30～35％，50～55％的堆石料3；
4)以等質量的廢棄輪胎橡膠顆粒5替代去除的堆石料3，
得出堆石料3和橡膠顆粒5的質量比，形成如圖2所示橡膠顆粒5和堆石料3的曲線。
5)經過大型篩分系統去除步驟3)中的堆石料3，加入步驟4)中的橡膠顆粒5，拌合裝料；
6)再次開展碾壓實驗確定摻橡膠堆石料3的最大擊實功、鋪料厚度、最優含水率等施工參數；
通過常規填築方法分層進行摻橡膠堆石料2鋪料碾壓。鋪料厚度宜均勻，嚴禁超壓。
對於面板土石壩，上遊和下遊壩體分別填築摻橡膠堆石料2和堆石料3，兩者分開填築。