一種組合壩的製作方法
2023-11-06 13:07:42 3
專利名稱：一種組合壩的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種組合壩，屬於水利建築物技術領域。
背景技術：
土石壩是國內外最普遍、最常見的壩型，壩高從幾米到300米，迄今我國已建成了 數以萬計的土石壩工程。土石壩以其經濟性和更適應各種地形地質條件的優勢，雄踞各類 壩型的首位。尤其是混凝土面板堆石壩，不受當地防滲土料和築壩材料的限制，可利用開挖 料直接上壩碾壓，顯示出了強大的生命力。但是，現行高混凝土面板堆石壩存在下列的主要 缺陷和尚需解決的技術難題其一，現行面板高堆石壩的混凝土面板適用大壩變形能力有 限，抗裂性和抗震性差，難免出現裂縫，特別是隨著壩高的增加，安全風險隨之加重；其二， 死水位以下的面板，所受水頭高，一旦因強震、壩體不均勻變形等原因導致裂縫過大而出現 滲漏及安全問題，難以及時維修和恢復；其三，混凝土面板長期浸泡在水下或長期經受乾濕 和冷暖循環作用，特別是在有裂縫存在和水壓侵蝕狀態下長期工作，因鋼筋鏽蝕而產生的 耐久性問題尚未很好解決；其四，如何減少混凝土面板的鋪設施工周期和增長面板鋪設之 前壩體的預留沉降時間，對於提高築壩質量是極為關鍵的問題之一。混凝土重力壩是依靠自重維持穩定的壩型，它適合於建造在地形很開闊而覆蓋層 不很深的河道上，具有便於布置和設計壩上溢洪道、壩內式引水系統和壩後式電站廠房等 多種優點。但是，混凝土重力壩也具有對壩基和混凝土骨料要求高、水泥用量大、施工中溫 控問題突出、築壩速度慢等多種缺陷和技術難題。第四申請人曾經提出過名稱為堆石混凝 土施工方法，專利號為ZL03102674. 5。修築堆石混凝重力壩，可明顯減少水泥用量、降低施 工中水化溫升和工程造價，但它具有混凝土重力壩的其他主要缺陷，目前尚沒有修築超過 百米高壩的工程實例和經驗。
發明內容
本發明的目的是提出一種組合壩，克服已有高混凝土面板堆石壩存在的主要缺陷 和問題，充分發揮鋼板-混凝土組合面板、堆石混凝土和開挖堆石料的各自優點，縮短面板 的施工周期，增強壩體防滲結構的可靠性、耐久性、抗震性和安全性。本發明提出的組合壩，上遊側的上部為斜面，下部為垂直面，組合壩的下遊側為斜 面；所述的上遊側上部的斜面上鋪設鋼板_混凝土組合面板，鋼板混凝土組合面板的下面 設有墊層過渡區，所述的上遊側的下部設有堆石混凝土區，所述的組合壩的下遊側和墊層 過渡區的下面設有堆石料區，堆石料區與所述的墊層過渡區和堆石混凝土區相互交界。上述組合壩中，堆石料區與堆石混凝土區的交界面坡度為1 k，k值=0.5 1. 5。上述組合壩中，組合壩的壩高H與堆石混凝土的高度h之比為h H=I 1.5 3。上述組合壩中，組合壩的上遊側上部的壩坡為1 m，m值為1. 2 1. 6。
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上述組合壩中，組合壩的下遊側壩坡為1 η，η值為1. 2 1. 6。本發明提出的組合壩，其優點是採用堆石材料(Rock-Fill)、堆石混凝 土(Rock-FillConcrete，RFC)和鋼板混凝土組合面板(Steel plate and Concrete composite Faceplate, SCF)組合形成一種組合結構的新型擋水建築物。壩體上遊側的下 部採用堆石混凝土澆築，上遊側的上部和下遊側採用堆石料填築。上遊側上部的堆石料區 的斜面上鋪有墊層過渡層，其上再鋪設鋼板_混凝土組合面板。本發明根據面板堆石壩設 計規範和水工擋土牆設計規範，確定滿足變形、強度和穩定要求的組合壩壩型。不僅可以充 分發揮鋼板_混凝土組合面板、堆石混凝土和開挖堆石料的各自優點和綜合優勢，而且能 縮短面板的施工周期，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 對高壩愈顯優越，具有良好的社會、經濟和環境生態效益。
圖1是本發明提出的組合壩的斷面示意圖。圖2是圖1所示的組合壩中鋼板混凝土組合板的結構示意圖。圖1和圖2中，1是鋼板混凝土組合面板，2是墊層過渡區，3是開挖料蓋重區，4是 基礎防滲帷幕，5是堆石混凝土區，6是堆石料區，7是防浪牆，8是混凝土，9是拴釘，10是鋼 板。H為組合壩的壩高，h是堆石混凝土的高度，η是組合壩下遊側的坡比，m是組合壩上遊 側的坡比，k是堆石混凝土區的坡比。
具體實施例方式本發明提出的組合壩，其斷面示意圖如圖1所示，上遊側的上部為斜面，下部為垂 直面，組合壩的下遊側為斜面。上遊側上部的斜面上設有鋼板混凝土組合面板1，鋼板混凝 土組合面板1的下面設有墊層過渡區2。上遊側的下部設有堆石混凝土區5。組合壩的下 遊側設有堆石料區6，堆石料區6與墊層過渡區2和堆石混凝土區5相互交界。上述組合壩中，堆石料區與堆石混凝土區的交界面坡度為1 k，k值=0.5 1. 5。上述組合壩中，組合壩的壩高H與堆石混凝土的高度之比為h H=I 1.5 3。上述組合壩中，組合壩的上遊側上部的壩坡為1 m，m值為1. 2 1. 6。上述組合壩中，組合壩的下遊側壩坡為1 η，η值為1. 2 1. 6。本發明提出的組合壩，其上遊死水位以上採用鋼板-混凝土組合面板1作為防滲 結構。組合面板中的鋼板自身可視為不透水材料並具有很強的延性，從而可顯著地提高防 滲效果和適應高壩壩體變形的能力。組合面板中的鋼板10與混凝土 8通過栓釘9緊密結 合為一體。如圖2所示，鋼板10約束混凝土 8可顯著提高組合面板的抗裂性和抗震性，混 凝土 8約束鋼板10可明顯提高組合面板的耐久性和穩定性。組合面板可根據有關組合結 構設計規範以及耐久性和穩定性要求，選定具體使用的混凝土和鋼板。組合面板可根據壩 體變形及溫度與溼度變化情況，設置或不設置垂直伸縮縫。如果設置垂直伸縮縫，可基於面 板堆石壩的已有經驗設計接縫止水措施。組合面板可先預製、再在施工現場進行接縫焊接 和少量現澆混凝土對接，從而簡化施工，明顯縮短工期。因其僅在死水位以上鋪設，萬一出現破損，亦便於修補或替換。本發明提出的組合壩，其上遊側死水位以下使用堆石混凝土(Rock-Fill Concrete, RFC)澆築，如圖1中的5所示。堆石混凝土是使用自密實混凝土從表面澆注填 充自然堆石體空隙而形成的一種緻密且具有較高強度的混凝土，採用開挖棄渣、河床砂礫 石中大粒徑的塊石或卵石作為RFC材料，水泥用量少、水化溫升低、體積穩定性好，不需要 採取溫度控制措施，具有節能環保等優良性能。堆石混凝土填築體是壩體防滲結構的一部 分，自身具有不透水性。堆石混凝土填築體的下部可設置防滲帷幕等覆蓋層防滲結構，具有 設計合理、施工便捷等特點。與面板堆石壩相比，堆石混凝土填築體能夠有效地減少壩體的 沉降和不均勻變形，從而降低面板產生撓曲和裂縫的可能性。本發明提出的組合壩，其上遊側死水位以上和下遊側的堆石料區6以及上遊側的 開挖料蓋重區3均採用堆石材料(Rock-Fill)填築。堆石料區可根據面板堆石壩的設計要 求進行設計和施工。開挖料蓋重區的上遊坡度和高度可根據堆石混凝土填築體的穩定性要 求來選定。堆石料區和蓋重區能夠充分利用開挖料，減少棄料，降低工程造價，大幅減少大 壩施工對環境的影響，具有良好的社會、經濟和環境生態效益。本發明的組合壩中，上遊側的開挖料蓋重區3在堆石混凝土填築體能夠滿足穩定 性要求的條件下可不設置，以節省填築工程量。為了降低建設成本，對接近壩頂的上部低水 頭範圍的部分鋼板混凝土組合面板，可以用鋼筋混凝土面板替代，但需在鋼板_混凝土組 合面板與鋼筋混凝土面板的結合部做好水平縫的止水結構措施並滿足穩定性要求。本發明組合壩的頂部還設有防浪牆7。圖1為所述組合壩的典型斷面示意圖。壩高H，填築混凝土高h，H h的範圍從 1 1.5 3之間可選，上遊壩坡為1 m，m值為1.2 1.6之間可選；下遊壩坡為1 n， η值為1.2 1.6之間可選；堆石混凝土區與堆石料區的交界面坡度為1 k，k值為0.5 1.5之間可選。上、下遊壩坡的m和η值，可基於面板堆石壩的已有經驗和設計要求選定。 材料交界面坡度的K值，可基於堆石混凝土填築區的穩定性要求和壩體及材料界面的變形 控制要求選定。圖1中的堆石料區的壩體，可根據面板堆石壩設計規範進行滿足變形、強度和穩 定要求的設計計算；堆石混凝土填築體，可根據有關堆石混凝土規範進行設計，也須將其視 為水工高擋牆進行強度驗算和穩定性計算；鋼板_混凝土組合面版，可參照有關組合結構 設計規範進行設計；由於壩體橫截面內的多種材料彈模存在差異，應充分考慮接觸面變形 特性進行應力-位移分析，使其滿足設計要求。圖1中，壩體的堆石混凝土區採用RFC材料澆築，可按堆石混凝土壩施工方法進行 施工；壩體的堆石料區和開挖蓋重區採用開挖料等填築，可按面板堆石壩施工方法進行施 工；壩體的組合面板可先預製、再在施工現場進行接縫焊接和少量現澆混凝土對接。圖2中的組合面板是由鋼板與混凝土通過栓釘緊密結合為一體的組合板狀結構， 可根據有關組合結構設計規範以及耐久性和穩定性要求，選定具體使用的混凝土和鋼板; 可根據壩體變形及溫度與溼度變化情況，選擇是否設置或不設置垂直伸縮縫。如果設置垂 直伸縮縫，可基於面板堆石壩的已有經驗設計接縫止水措施。組合面板可先預製再在施工 現場進行接縫焊接和少量現澆混凝土對接。
權利要求
一種組合壩，其特徵在於該組合壩上遊側的上部為斜面，下部為垂直面，組合壩的下遊側為斜面；所述的上遊側的上部設有鋼板混凝土組合面板，鋼板混凝土組合面板的下面設有墊層過渡區，所述的上遊側的下部設有堆石混凝土區，所述的組合壩的下遊側設有堆石料區，堆石料區與所述的墊層過渡區和堆石混凝土區相互交界。
2.如權利要求1所述的組合壩，其特徵在於其中所述的堆石料區與堆石混凝土區的交 界面坡度為1 k，k值=0.5 1.5。
3.如權利要求1所述的組合壩，其特徵在於組合壩的壩高H與堆石混凝土的高度之比 為h H=I 1. 5 3。
4.如權利要求1所述的組合壩，其特徵在於組合壩的上遊側上部的壩坡為1 m，m值 為 1. 2 1. 6。
5.如權利要求1所述的組合壩，其特徵在於組合壩的下遊側壩坡為1 n，n值為1.2 1. 6。
全文摘要
本發明涉及一種組合壩，屬於水利建築物技術領域。組合壩上遊側的上部為斜面，下部為垂直面，組合壩的下遊側為斜面。上遊側上部的斜面上鋪設鋼板-混凝土組合面板，鋼板混凝土組合面板的下面設有墊層過渡區。上遊側的下部設有堆石混凝土區，組合壩的下遊側和墊層過渡區的下面設有堆石料區，堆石料區與墊層過渡區和堆石混凝土區相互交界。本發明組合壩採用堆石材料、堆石混凝土和鋼板混凝土組合面板形成，不僅可以充分發揮鋼板-混凝土組合面板、堆石混凝土和開挖堆石料的各自優點和綜合優勢，而且能縮短面板的施工周期，明顯增強壩體防滲結構的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，特別是對高壩愈顯優越，具有良好的社會、經濟和環境生態效益。
文檔編號E02B7/04GK101974894SQ201010260220
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者張建民, 洪鏑, 聶建國, 謝小平, 金峰 申請人:清華大學;黃河上遊水電開發有限責任公司