一種混合壩的製作方法
2023-12-08 23:54:56
本發明屬於水電水利工程水工建築物技術領域，具體涉及一種混合壩。
背景技術：
隨著水電戰略的實施，在水能資源豐富的西南、西北地區，一大批高壩已建、在建或待建。土石壩是當今壩工建設中最常見的一種壩型，也是發展最快的一種壩型，約佔已建大壩總數的95%以上。全世界壩高超過15m的土石壩有29000多座，其中我國擁有15000餘座，主要包括均質土壩、心牆壩和混凝土面板堆石壩等。
鋼筋混凝土面板堆石壩是上世紀70年代後期開始發展起來的一種新壩型，其在實踐中體現出安全性、經濟性、施工方便和適應性良好的特點，雖然起步較晚但發展很快，深受壩工界的青睞。截至2011年9月，國際上已建、在建和擬建的面板堆石壩，從工程數量、壩高到工程規模都居前列。我國至今已建和在建面板堆石壩有270多座，總數佔全世界的50%。隨著大壩建設經驗的積累以及設計水平的提高，面板堆石壩的高度還在不斷的增大，水布埡大壩高達233m，為世界上已建最高面板堆石壩，也成為250m級高面板堆石壩的成功案例。大石峽、茨哈峽等擬建的250—300m級超高面板堆石壩目前也在規劃研究當中。
壩工界對超高面板堆石壩的安全性問題，主要存在以下擔心：（1）不能正確預測超高面板壩大壩沉降以及沉降導致的面板變形、應力和對止水材料的要求。（2）現有的實驗手段採用縮尺模型材料，是否能正確預測超高面板壩大壩滲透穩定性問題以及築壩材料的物理力學性質。（3）由於上述不確定因素的存在，是否能提出高耐擠壓、高抗裂的混凝土面板材料和結構形式；是否能提出滿足超高面板壩大變形的接縫止水結構形式和材料。
如果擬建的300m級超高面板堆石壩的變形、面板撓度和應力、接縫止水的變形量級達到200m級面板堆石壩的程度，亦可以為壩工界接受，也就解決了300m級超高面板堆石壩的技術瓶頸。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術中300m級超高面板堆石壩的技術難關，充分發揮鋼筋混凝土面板、混凝土壩、低壓縮固體材料和堆石料的各自優點和綜合優勢，從技術上解決狹窄河谷超高混凝土面板堆石壩的可行性問題，而且能明顯增強壩體防滲結構的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，特別是對300m級超高面板壩愈顯優越，具有良好的社會、經濟和環境生態效益。
為此，本發明提供了一種混合壩，包括由上遊側壩和下遊側壩所構成的壩體，所述的下遊側壩為整體斜面形式；所述的上遊側壩上部為斜面形式，上遊側壩上部斜面上鋪設有鋼筋混凝土面板，鋼筋混凝土面板的下遊側依次設置有墊層區和過渡區；上遊側壩的下部設有混凝土壩，混凝土壩的下遊側設置高模量材料區，過渡區的下遊側設置有由上遊堆石料區和下遊堆石料區構成的堆石料區；墊層區與混凝土壩、高模量材料區圍成模量過渡區。
所述的鋼筋混凝土面板與混凝土壩之間通過趾板形式連接，混凝土壩頂部設有凸起部，鋼筋混凝土面板的底部上遊側與混凝土壩頂部凸起部之間填築形成上遊壓重塊石料區和上遊鋪蓋區；上遊壓重塊石料區的頂高程與混凝土壩頂部凸起部同高。
所述的上遊側壩上部斜面坡比為1：1.35～1.7；混凝土壩上遊坡比為1：0～0.2；混凝土壩下遊坡比≥1：0.5；下遊側壩斜面坡比為1：1.25～1.8；模量過渡區下遊側坡比為1：2～5；上遊堆石料區和下遊堆石料區的分界線坡比為1：0～1.35；高模量材料區下遊側坡比為1：0.5～5；所述的混凝土壩高度h1為30m～100m，混凝土壩高度h1與壩高H的比值為1/5～1/3，高模量材料區高度h2與壩高H的比值為0.1～0.4；上遊壓重塊石料區的豎直厚度不小於1m，上遊鋪蓋區的豎直厚度不小於5m，混凝土壩頂部凸起塊高度h3不小於5.5m，並與上遊壓重塊石料區頂部同高程。
述的高模量材料區為墊層料或其改性料、過渡料、幹貧混凝土料、碾壓混凝土材料或改性砂礫石料。
本發明的有益效果：本發明提供的這種混合壩，採用鋼筋混凝土面板、混凝土壩和堆石組合成一種新型擋水建築物。壩體下部採用低壓縮固體材料填築，底部低壓縮固體材料的上遊部分為防滲體（混凝土壩及其底部的帷幕灌漿），壩體中、上部採用堆石料填築，並在堆石料上遊設置鋼筋混凝土面板，與壩體下部的防滲結構一起，形成封閉的防滲體系。這種混合壩，可以使得300m級超高面板堆石壩的應力、沉降以及分縫結構的變形等等安全性指標，滿足現有的《混凝土面板堆石壩設計規範》（DL/T5016-2011、SL228-98）和《混凝土重力壩設計規範》（L5108-1999、SL319-2005）的要求，使得300m級超高面板堆石壩在技術上可行，並滿足充分利用當地材料（堆石料）的經濟性要求，具有良好的社會、經濟和生態效益。
附圖說明
以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
圖1是本發明的斷面示意圖。
附圖標記說明：1、鋼筋混凝土面板；2、墊層區；3、過渡區；4、上遊堆石料區；5、下遊堆石料區；6、高模量材料區；7、混凝土壩；8、模量過渡區；9、帷幕灌漿；10、防浪牆；11、上遊壓重塊石料區；12、上遊鋪蓋區；13、基礎固結灌漿；H、壩高；h1、混凝土壩高度；h2、高模量材料區高度；h3、混凝土壩頂部凸起塊高度；m、上遊側壩中上部壩坡邊坡係數；n、下遊側壩壩坡邊坡係數；w、模量過渡區下遊側坡邊坡係數；k、上遊堆石區與下遊堆石區的分界線邊坡係數；t、混凝土壩上遊邊坡係數；S、混凝土壩下遊邊坡係數；r、高模量材料區下遊側邊坡係數。
具體實施方式
實施例1：
本實施例提供一種混合壩，如圖1所示，包括由上遊側壩和下遊側壩所構成的壩體，所述的下遊側壩為整體斜面形式；所述的上遊側壩上部為斜面形式，上遊側壩上部斜面上鋪設有鋼筋混凝土面板1，鋼筋混凝土面板1的下遊側依次設置有墊層區2和過渡區3；上遊側壩的下部設有混凝土壩7，混凝土壩7的下遊側設置高模量材料區6，過渡區3的下遊側設置有由上遊堆石料區4和下遊堆石料區5構成的堆石料區；墊層區2與混凝土壩7、高模量材料區6圍成模量過渡區8；混凝土壩7下的地面內灌有帷幕灌漿9，帷幕灌漿9靠近地面的部位灌有基礎固結灌漿13，所述鋼筋混凝土面板1、混凝土壩7和帷幕灌漿9構成防滲結構。
鋼筋混凝土面板1與混凝土壩7之間通過趾板形式連接，混凝土壩7頂部設有凸起部，鋼筋混凝土面板1的底部上遊側與混凝土壩7頂部凸起部之間填築形成上遊壓重塊石料區11和上遊鋪蓋區12，以起到保護作用；上遊壓重塊石料區11的頂高程與混凝土壩7頂部凸起部同高，並且上遊壓重塊石料區11的頂高程應以滿足上遊鋪蓋區12的允許坡降為準。
混凝土壩7按照重力壩設計，設計標準遵守《混凝土重力壩設計規範》（L5108-1999、SL319-2005）的相關規定。混凝土壩7內設置灌漿廊道，在壩體填築過程中實施帷幕灌漿9，提高了工效，減小了施工幹擾，節省了工期。混凝土壩7的高度，按照減小鋼筋混凝土面板1的應力、變形為200m級面板堆石壩的量級為標準；混凝土壩7的存在，可有效減小鋼筋混凝土面板1的應力和變形。鋼筋混凝土面板1的結構及其止水結構和材料按照200m級面板堆石壩的要求選用即可。
圖1中的堆石料區壩體結構，必須驗算壩體沉降、變形、應力以及面板撓度和應力、周邊縫、垂直縫變位等，滿足《混凝土面板堆石壩設計規範》（DL/T5016-2011、SL228-98）的規定；必須驗算混凝土壩的應力和穩定，滿足《混凝土重力壩設計規範》（L5108-1999、SL319-2005）的相關規定；必須驗算壩體各料區（包括高模量材料區）的滲透穩定性。
圖1中的混凝土壩混凝土，作為高模量材料區的防滲結構和壩體防滲結構的關鍵組成部分，採用混凝土澆築，並設置封閉的止水系統。高模量材料區選用墊層料、過渡料、碾壓混凝土或者改性砂礫石料等材料，採用碾壓式施工方法，各種堆石料採用面板堆石壩堆石料的施工方法施工。
實施例2：
本實施例在實施例1的基礎上進一步進行說明，本實施例中，壩體中，上遊側壩上部斜面坡邊坡係數m為1.35～1.7；混凝土壩7上遊坡邊坡係數t為0～0.2；混凝土壩7下遊坡邊坡係數S≥0.5，並根據工程實際確定，混凝土壩在平面投影圖上的軸線可以是直線、折線或弧線；下遊側壩斜面坡邊坡係數n為1.25～1.8，並根據工程實際確定；模量過渡區8下遊側坡邊坡係數w為2～5，並根據工程實際確定；上遊堆石料區4和下遊堆石料區5的分界線坡邊坡係數k為0～1.35，並根據工程實際確定，一般取0.2；高模量材料區6下遊側坡邊坡係數r為0.5～5，並根據工程實際確定，該區下遊側與堆石的接觸面位置根據工程實際確定；混凝土壩7高度h1為30m（壩高H=150m）～100m（壩高H=300m），越小越好，混凝土壩7高度h1與壩高H的比值為1/5～1/3，並根據工程實際確定，高模量材料區6高度h2與壩高H的比值為0.1～0.4，越小越好；上遊壓重塊石料區11的豎直厚度不小於1m，上遊鋪蓋區12的豎直厚度不小於5m，混凝土壩7頂部凸起塊高度h3不小於5.5m，並與上遊壓重塊石料區11頂部同高程。
上述參數必須滿足《混凝土面板堆石壩設計規範》（DL/T5016-2011、SL228-98）和《混凝土重力壩設計規範》（L5108-1999、SL319-2005）的要求。
實施例3：
墊層區2、過渡區3、上遊堆石料區4、下遊堆石料區5、上遊壓重塊石料區11和上遊鋪蓋區12為堆石材料填築，模量過渡區8採用改性的堆石料。
堆石材料為建築物區開挖料、料場塊石料以及料場砂礫石料。
本發明的墊層區2、過渡區3、上遊堆石料區4、下遊堆石料區5、上遊壓重塊石料區11和上遊鋪蓋區12具體可為堆石材料填築，模量過渡區8可採用改性的堆石料。
堆石料的選擇須滿足《混凝土面板堆石壩設計規範》（DL/T5016-2011、SL228-98）的相關要求。上述料區可以充分利用建築物的開挖料，減少棄料和渣場的面積，減小大壩施工對環境的影響，降低工程造價，提高壩體和樞紐的經濟指標，具有良好的經濟、社會和環境生態效益。
本實施例中，高模量材料區6為低壓縮材料，低壓縮材料為墊層料或其改性料、過渡料、幹貧混凝土料、碾壓混凝土材料或改性砂礫石料。
本實施例的低壓縮材料具體可為墊層料或其改性料、過渡料、幹貧混凝土料、碾壓混凝土材料或改性砂礫石料。高模量材料區6可以幫助混凝土壩7滿足相關規範對其穩定和應力的要求。高模量材料區6的採用，可以降低壩體和面板的變形、應力，達到200m級面板堆石壩的標準，使得300m級面板堆石壩技術可行、經濟安全，使得300m級面板堆石壩可以為人們所接受。
綜上所述，本發明提供的這種混合壩，採用鋼筋混凝土面板、混凝土壩和堆石組合成一種新型擋水建築物。壩體下部採用低壓縮固體材料填築，底部低壓縮固體材料的上遊部分為防滲體（混凝土壩及其底部的帷幕灌漿），壩體中、上部採用堆石料填築，並在堆石料上遊設置鋼筋混凝土面板，與壩體下部的防滲結構一起，形成封閉的防滲體系。這種混合壩，可以使得300m級超高面板堆石壩的應力、沉降以及分縫結構的變形等等安全性指標，滿足現有的《混凝土面板堆石壩設計規範》（DL/T5016-2011、SL228-98）和《混凝土重力壩設計規範》（L5108-1999、SL319-2005）的要求，使得300m級超高面板堆石壩在技術上可行，並滿足充分利用當地材料（堆石料）的經濟性要求，具有良好的社會、經濟和生態效益。
以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。