專利名稱：錨固混凝土擋墻堆石壩及其構筑方法
技術領域：
本發明屬于水力工程技術領域，具體涉及ー種錨固混凝土擋墻堆石壩，還涉及該錨固混凝土擋墻堆石壩的構筑方法。
背景技術：
大壩作為水利工程領域中常用的擋水建筑已有非常久遠的歷史，人們在很早的時候便利用大壩攔河蓄水，除害興利。大壩的類型根據壩址的自然條件、建筑材料、施工場地、導流、エ期、造價等綜合進行比較并選定，基本上可分為混凝土壩和土石壩兩大類。凝土壩主要包括重力壩、拱壩和支墩壩三種類型重力壩是依靠壩體自重與基礎間產生的摩擦力來承受水的推力而維持穩定的壩型，其優點是結構簡單、施工容易、耐久性好、適宜于巖基上進行高壩的修建，便于泄水建筑物的設置；拱壩為一空間殼體結構，平面上呈拱形，壩面凸向上游，利用拱的作用將所承受的水平載荷變為軸向壓カ傳至兩岸基巖，兩岸拱座支撐壩體以保持壩體穩定，拱壩具有較高的超載能力，在兩岸巖基較為堅硬完整的狹窄河谷壩址，特別適于建造拱壩；支墩壩是由傾斜的蓋面和支墩組成，支墩支撐著蓋面，水壓カ由蓋面傳給支墩，再由支墩傳給地基，支墩壩是最經濟可靠的壩型之一，與重力壩相比具有體積小、造價低、適應地基的能力較強等優點。土石壩包括土壩、堆石壩、土石混合壩等，是由ー種或多種土石材料經碾壓夯實填筑而成的，具有施工簡便、就地取材、料源豐富、地質條件要求低、造價便宜等諸多優勢，一般土石壩是由壩體、防滲體、排水體、護坡等幾部分組成。土石壩工程的建設，歷史久遠，有豐富的成功經驗，已經建成的數量多，是水利水電工程中極為重要的ー種壩型。即便如此，現在大壩工程的設計工作很多還是經驗性的，壩體的工作特性在理論上尚有待于進ー步論證，并且在實際運行過程中依舊存在ー些問題亟待解決。對于混凝土壩而言，一般重力壩的體積過大，水泥用量多，混凝土澆筑體的溫度應カ控制難度大；而拱壩對地基和兩岸巖石要求較高，施工上亦較重力壩難度大；支墩壩對地基條件的要求較高，目前應用的數量也較少。而針對土石壩來說，由于大壩的主體多為不同粒徑的散粒體土石材料，它同時也能夠較大程度地適應壩基可能產生的不均勻沉降變形，因此，作為擋水高壩的重要類型具有明顯地優勢。但是，土石材料的工程特性決定了在其自重和水荷載作用下會產生較大的變形，盡管目前在施工中所采用的薄層碾壓技術已經逐步取代了以往的拋填堆石，很大程度上提高了堆石體的密實度和彈性模量，但堆石體的變形問題仍舊存在。并且，壩體的填筑方量較大。同時，對于碾壓式土石壩中的非土料防滲體壩，如混凝土面板堆石壩、混凝土心墻壩等，還會存在由于剛度過大的防滲結構與堆石體之間的變形無法協調所導致的一系列問題。此外，當前針對壩體的抗震穩定性及其動カ特性和破壞機理的深入研究相對較少，國內外尚缺乏大壩抗震設計的工程經驗，所采取的抗震措施缺乏必要的理論依據。壩址位于地震烈度較高地區的大壩為滿足抗震要求，壩坡設計相對較緩，導致在壩高一定的前提下，壩體底寬較大，這不僅使得輸水建筑物和泄水建筑物長度増加，樞紐布置不夠緊湊，、更為重要的是導致壩體的斷面面積擴大，増大了大壩的填方量，達不到經濟、節約的目的，造成不必要的浪費。

發明內容
本發明的目的是提供一種錨固混凝土擋墻堆石壩，有效地改善已有壩型所存在堆石體填筑方量大、壩體變形大且與防滲體之間變形不協調的問題。本發明的另ー目的是提供上述錨固混凝土擋墻堆石壩的構筑方法。本發明所采用的技術方案是，一種錨固混凝土擋墻堆石壩，其特征在于，包括位于壩體上游側的混凝土擋墻，混凝土擋墻的后方為堆石體，堆石體包括堆石區、以及設置在混凝土擋墻和堆石區之間的過渡層，堆石區的下方從上到下依次設置有水平排水體和反濾 層，壩體下游側為下游護坡；還包括按照高度方向均勻布設在混凝土擋墻、過渡層和堆石區內的多個錨固體組，各錨固體組由在水平方向上間隔且均勻布設的多個錨固體組成，各錨固體的一端固定在混凝土擋墻內且另一端穿過過渡層并固定在堆石區內；混凝土擋墻由沿壩軸線方向分布的多個墻段組成，相鄰兩個墻段之間留有施工縫，各施工縫內填充有浙青瑪蹄脂。各錨固體均包括套管以及軸向布設在該套管內的多個鋼絞線，套管位于混凝土擋墻內的一端固定有錨具，錨具的外側固定有預制混凝土錨板；套管位于堆石區內的一端內部設置有導向帽且外部設置有端部錨板，導向帽與端部錨板固定連接，多個鋼絞線的一端與錨具固定連接且另一端與導向帽固定連接，套管內間隔布設有多個徑向方向的隔離架，套管位于混凝土擋墻與過渡層之間的位置上套裝有鋼套筒。各錨固體的鋼套管上均預留有灌漿管和回漿排氣管，且灌漿管和回漿排氣管的外端均出露于混凝土擋墻的外部。各施工縫內均設置有浙青井，浙青井包括兩個對開直角槽型預制混凝土模板，兩個預制混凝土模板分別位于相鄰兩個混凝土擋墻的墻段內，在兩個預制混凝土模板內設置有縱向方向的電阻加熱棒。電阻加熱棒由多段鋼筋通過焊接而成，且在其對應的浙青井內設置有水平方向的用于固定電阻加熱棒的多個固定片。本發明所采用的另ー技術方案是，上述錨固混凝土擋墻堆石壩的構筑方法，其特征在于，具體步驟如下步驟一、澆筑混凝土擋墻混凝土擋墻在沿壩軸線方向上分段進行澆筑，每個墻段沿高度亦分層澆筑；在混凝土擋墻的布設位置搭設模板，該模板高度搭設至錨固體的布設高程處，隨后進行混凝土的澆筑，澆筑結束后布置該錨固體的預制混凝土錨板和錨具，并繼續進行下ー級混凝土擋墻的模板搭建和混凝土的澆筑工作，澆筑過程中應確保錨固體的灌漿管和回漿排氣管的外端均出露于混凝土擋墻的外部；其中，在進行混凝土擋墻澆筑時，在混凝土擋墻模板側面預先布置預制混凝土模板，待混凝土擋墻澆筑完成后，拆除模板，在兩個相鄰墻段的預制混凝土模板之間安裝電阻加熱棒，以構成浙青井，隨后在該浙青井內灌入浙青瑪蹄脂；保證浙青井、電阻加熱棒、浙青瑪蹄脂的聞度與混凝土擋墻的燒注聞度相一致；步驟ニ、填筑堆石體采用薄層碾壓方法，使用過渡料和堆石料同時進行填筑，以構成過渡層和堆石區；在過渡層和堆石區上升至步驟一中錨固體布置高程時，保證錨固體水平并使端部錨板在堆石區內被壓密固定；步驟三、錨固體注漿通過灌漿管對錨固體進行注漿，以回漿排氣孔不再排氣且漿液溢出濃漿作為注漿結束的標準；
注漿完成后，重復步驟一至步驟三，以繼續進行后續的填筑施工，并保證毎次堆石體填筑的范圍和高度應與混凝土擋墻每次澆筑的范圍和高度保持一致。本發明錨固混凝土擋墻堆石壩的有益效果是，壩體的上游側為混凝土擋墻，混凝土擋墻的兩個相鄰墻段之間設置施工縫，并在施工縫內采用浙青瑪蹄脂填充，由此構成了壩體的防滲結構。在混凝土擋墻的后方填筑堆石體，混凝土擋墻通過錨固體與堆石體聯系為一體，目的在于有效地解決已有壩型所存在壩體變形大且與防滲體之間變形不協調等問題，增強了壩體結構的整體性。該壩型還縮小了壩體截面尺寸，在結構穩定的前提條件下大幅度地減少了填方量，既能保證安全，又能夠降低成本。本發明錨固混凝土擋墻堆石壩構筑方法，エ期短、造價低、步驟簡單，操作方便，施エ效果好。


圖I是本發明錨固混凝土擋墻堆石壩的結構示意圖；圖2是本發明中錨固體的結構示意圖；圖3是本發明中混凝土擋墻的結構示意圖；圖4是本發明中施工縫和浙青井的平面結構示意圖；圖5是本發明中施工縫和浙青井的縱向截面示意圖。圖中，I.混凝土擋墻，2.過渡層，3.堆石區，4.下游護坡，5.水平排水體，6.反濾層，7.錨固體，8.錨具，9.預制混凝土錨板，10.鋼絞線，11.套管，12.鋼套筒，13.灌漿管，14.回漿排氣管，15.隔離架，16.導向帽，17.端部錨板，18.施工縫，19.浙青瑪蹄脂，20.浙青井，21.預制混凝土模板，22.電阻加熱棒，23.固定片，24.焊接接頭。
具體實施例方式如圖I所示，本發明錨固混凝土擋墻堆石壩，包括位于壩體上游側的混凝土擋墻1，混凝土擋墻I的后方為堆石體，堆石體包括堆石區3和過渡層2，過渡層2設置在混凝土擋墻I和堆石區3之間，堆石區3的下方從上到下依次設置有水平排水體5和反濾層6，壩體下游側為下游護坡4。結合圖2所示，按照高度方向均勻在混凝土擋墻I、過渡層2和堆石區3內布設多個錨固體組，各錨固體組由在水平方向上間隔且均勻布設的多個錨固體7組成，各錨固體7的一端固定在混凝土擋墻I內且另一端穿過過渡層2并固定在堆石區3內。各錨固體7均包括套管11、以及軸向布設在該套管11內的多個鋼絞線10。套管11位于混凝土擋墻I內的一端固定有錨具8，錨具8的外側固定有預制混凝土錨板9，通過預制混凝土錨板9實現錨固體7與混凝土擋墻I的固定連接。套管11位于堆石區3內的一端的內部設置有導向帽16，且套管11位于堆石區3內的一端的外部設置有混凝土材質的端部錨板17，導向帽16與端部錨板17固定連接。端部錨板17的設計不僅能固定鋼絞線10，還能能夠更好的發揮錨固體7的粘結摩阻效果，增強錨固體7與堆石體之間的擠壓加固作用。在套管11內，多個鋼絞線10的一端與錨具8固定連接，且該多個鋼絞線10的另一端與導向帽16固定連接。套管11內間隔布設有多個徑向方向的隔離架15，隔離架15能夠有助于較長的鋼絞線10在套管11內部的布設。套管11位于混凝土擋墻I與過渡層2之間的位置上套裝有鋼套筒12。鋼套筒12有助于錨固體7在布設過程中的定位，并且能夠抵抗此處較大的剪切力的作用，保護錨固體7內部結構的完好。各錨固體7的鋼套筒12上均預留有灌漿管13和回漿排氣管14，灌漿管13和回漿排氣管14為錨固體7注漿所用。且灌漿管13和回漿排氣管14的外端均出露于混凝土擋墻I的外部。如圖3所示，混凝土擋墻I由沿壩軸線方向分布的多個墻段組成，每個墻段長度為4m 5m。相鄰兩個墻段之間留有寬度為5cm的施工縫18，各施工縫18內填充有浙青瑪蹄脂19。浙青瑪蹄脂19可以適應混凝土擋墻I各個墻段之間由于不均勻沉降所引起的相對錯動變形，有效地改善混凝土擋墻I的受カ狀態，同吋，由于浙青瑪蹄脂19的材料抗滲性能良好，可以保證混凝土擋墻I在蓄水期的整體防滲效果達到預定的要求。如圖4和圖5所示，各施工縫18內均設置有浙青井20。浙青瑪蹄脂19是通過浙青井20來完成填充澆筑的。浙青井20包括兩個對開直角槽型預制混凝土模板21，兩個預制混凝土模板21分別位于相鄰兩個混凝土擋墻I的墻段內。在兩個預制混凝土模板21內設置有縱向方向的電阻加熱棒22。電阻加熱棒22是由の16的圓鋼筋構成，應確保其連接通暢，通電良好，其為兩根單循環布置，通過對電阻加熱棒22通電加熱，使周邊的浙青瑪蹄脂19熔融軟化，進而充滿整個施工縫18。浙青井20內的電阻加熱棒22是由若干段一定長度的鋼筋沿壩高方向分段焊接而成，兩段電阻加熱棒22之間的相連接的部位為焊接接頭24，焊接接頭24的截面面積應大于鋼筋截面面積，以保證整個電阻加熱棒22電流通暢、通電加熱功能完好。在浙青井20內設置有水平方向的用于固定電阻加熱棒22的多個固定片23，固定片23能夠有效地避免電阻加熱棒22發生絞扭而導致短路熔斷的情況發生。固定片23由絕緣材料制成，保證兩排電阻加熱棒22能被有效地固定隔離，以防纏繞到一起發生短路熔斷的情況。錨固混凝土擋墻堆石壩的構筑方法，具體步驟如下步驟一、澆筑混凝土擋墻I混凝土擋墻I在沿壩軸線方向上分段進行澆筑，每個墻段沿高度亦分層澆筑。其中，在混凝土擋墻I的布設位置搭設模板，該模板高度搭設至錨固體7的布設高程處，隨后進行混凝土的澆筑。澆筑結束后布置該錨固體7的預制混凝土錨板9和錨具8，并繼續進行下ー級混凝土擋墻I的模板搭建和混凝土的澆筑工作。澆筑過程中應確保錨固體7的灌漿管13和回漿排氣管14的外端均出露于混凝土擋墻I的外部，以便后續注漿工作的順利進行，經過一段時間的養護，開始下一階段的施工。其中，在進行混凝土擋墻I澆筑前吋，在混凝土擋墻I模板側面預先布置預制混凝、土模板21。待混凝土擋墻I澆筑完成后，拆除模板，在兩個相鄰墻段的預制混凝土模板21之間安裝電阻加熱棒22，以構成浙青井20。隨后在該浙青井20內灌入浙青瑪蹄脂19。保證浙青井20、電阻加熱棒22、浙青瑪蹄脂19的高度與混凝土擋墻I的澆注高度相一致。即在施工過程中，浙青井20的高度是隨著壩體高度的增加而增加的，電阻加熱棒22也隨著浙青井20高度的增加而不斷焊接延長，浙青瑪蹄脂19亦隨著施工的進行而不斷補充，以保證施工縫18能夠被內部的浙青瑪蹄脂19填充密實。采用浙青瑪蹄脂是因為普通浙青粘度較低，在炎熱氣候條件下易軟化流動，給施エ帶來困難，在熔融的浙青中摻入一定比例的水泥干粉制成浙青瑪蹄脂，能使材料在沸點不變的情況下粘度増大，以保證在天氣炎熱時不發生流動塌垮。步驟ニ、填筑堆石體當混凝土擋墻I的一個墻段完成一定高度的澆筑并養護結束后，進行墻后堆石體的填筑工作。采用薄層碾壓方法，使用過渡料和堆石料同時進行填筑，平起施工，均勻上升，以構成過渡層2和堆石區3。在過渡層2和堆石區3上升至步驟一中錨固體7布置高程吋，保證錨固體7水平并使端部錨板17在堆石區3內被壓密固定。步驟三、錨固體7注漿通過灌漿管13對錨固體7進行注漿，以回漿排氣孔14不再排氣且漿液溢出濃漿作為注漿結束的標準。上述過程是設置ー組錨固體7的步驟，設置多組錨固體7的步驟按照高程和上述程序循環進行。注漿完成后，重復步驟一至步驟三，以繼續進行后續的填筑施工，并保證毎次堆石體填筑的范圍和高度應與混凝土擋墻I每次澆筑的范圍和高度保持一致。本發明解決了現有混凝土壩所存在的材料用量過大、溫度應カ難以控制的問題，同時由于錨固體的存在，減小了碾壓堆石體與混凝土擋墻之間在自重及外荷載作用下的變形差異，控制由于堆石體變形引起的其自身與防滲體之間的相對錯動，提高壩體的抗震穩定性。浙青瑪蹄脂能對各墻段間的不均勻沉降和變形起到很好的協調、緩沖作用，也保證了混凝土擋墻的防滲效果。上游迎水面近似于直墻式結構的混凝土擋墻，墻后碾壓填筑堆石體，在混凝土擋墻與墻后堆石體之間采用錨固體進行連接，壩體結構的整體性得到加強，大 壩斷面形狀近似呈直角梯形，這樣可以在保證結構穩定的前提條件下，節省大量填方量，降低工程成本，達到安全、經濟的目的。
權利要求
1.一種錨固混凝土擋墻堆石壩，其特征在于，包括位于壩體上游側的混凝土擋墻(1)，所述混凝土擋墻(I)的后方為堆石體，所述堆石體包括堆石區(3)、以及設置在混凝土擋墻(I)和堆石區(3)之間的過渡層(2)，所述堆石區(3)的下方從上到下依次設置有水平排水體(5)和反濾層(6)，壩體下游側為下游護坡(4)； 還包括按照高度方向均勻布設在混凝土擋墻(I)、過渡層(2)和堆石區(3)內的多個錨固體組，所述各錨固體組由在水平方向上間隔且均勻布設的多個錨固體(7)組成，所述各錨固體(7)的一端固定在混凝土擋墻(I)內且另一端穿過過渡層(2)并固定在堆石區(3)內； 所述混凝土擋墻(I)由沿壩軸線方向分布的多個墻段組成，所述相鄰兩個墻段之間留有施工縫(18)，所述各施工縫(18)內填充有浙青瑪蹄脂(19)。
2.按照權利要求I所述的錨固混凝土擋墻堆石壩，其特征在于，所述各錨固體(7)均包括套管(11)以及軸向布設在該套管(11)內的多個鋼絞線(10)，所述套管(11)位于混凝土擋墻(I)內的一端固定有錨具(8)，所述錨具(8)的外側固定有預制混凝土錨板(9);所述套管(11)位于堆石區(3)內的一端內部設置有導向帽(16)且外部設置有端部錨板(17)，所述導向帽(16)與端部錨板(17)固定連接，所述多個鋼絞線(10)的一端與錨具⑶固定連接且另一端與導向帽(16)固定連接，所述套管(11)內間隔布設有多個徑向方向的隔離架(15)，所述套管(11)位于混凝土擋墻(I)與過渡層(2)之間的位置上套裝有鋼套筒(12)。
3.按照權利要求2所述的錨固混凝土擋墻堆石壩，其特征在于，所述各錨固體(7)的鋼套管(12)上均預留有灌漿管(13)和回漿排氣管(14)，且灌漿管(13)和回漿排氣管(14)的外端均出露于混凝土擋墻(I)的外部。
4.按照權利要求3所述的錨固混凝土擋墻堆石壩，其特征在于，所述各施工縫(18)內均設置有浙青井(20)，所述浙青井(20)包括兩個對開直角槽型預制混凝土模板(21)，所述兩個預制混凝土模板(21)分別位于相鄰兩個混凝土擋墻(I)的墻段內，在所述兩個預制混凝土模板(21)內設置有縱向方向的電阻加熱棒(22)。
5.按照權利要求4所述的錨固混凝土擋墻堆石壩，其特征在于，所述電阻加熱棒(22)由多段鋼筋通過焊接而成，且在其對應的浙青井(20)內設置有水平方向的用于固定電阻加熱棒(22)的多個固定片(23)。
6.按照權利要求1、2、3、4或5所述錨固混凝土擋墻堆石壩的構筑方法，其特征在于，具體步驟如下 步驟一、澆筑混凝土擋墻(I) 所述混凝土擋墻(I)在沿壩軸線方向上分段進行澆筑，每個墻段沿高度亦分層澆筑；在所述混凝土擋墻(I)的布設位置搭設模板，該模板高度搭設至錨固體(7)的布設高程處，隨后進行混凝土的澆筑，澆筑結束后布置該錨固體(7)的預制混凝土錨板(9)和錨具(8)，并繼續進行下ー級混凝土擋墻(I)的模板搭建和混凝土的澆筑工作，澆筑過程中應確保所述錨固體(7)的灌漿管(13)和回漿排氣管(14)的外端均出露于混凝土擋墻(I)的外部； 其中，在進行混凝土擋墻(I)澆筑時，在所述混凝土擋墻(I)模板側面預先布置預制混凝土模板(21)，待混凝土擋墻(I)澆筑完成后，拆除所述模板，在兩個相鄰墻段的預制混凝土模板(21)之間安裝電阻加熱棒(22)，以構成浙青井(20)，隨后在該浙青井(20)內灌入浙青瑪蹄脂(19);保證所述浙青井(20)、電阻加熱棒(22)、浙青瑪蹄脂(19)的高度與混凝土擋墻(I)的澆注高度相一致； 步驟ニ、填筑堆石體 采用薄層碾壓方法，使用過渡料和堆石料同時進行填筑，以構成所述過渡層(2)和堆石區(3);在所述過渡層(2)和堆石區(3)上升至步驟一中錨固體(7)布置高程時，保證該錨固體(7)水平并使端部錨板(17)在堆石區(3)內被 壓密固定； 步驟三、錨固體(7)注漿 通過所述灌漿管(13)對錨固體(7)進行注漿，以回漿排氣孔(14)不再排氣且漿液溢出濃漿作為注漿結束的標準； 注漿完成后，重復步驟一至步驟三，以繼續進行后續的填筑施工，并保證毎次堆石體填筑的范圍和高度應與混凝土擋墻(I)每次澆筑的范圍和高度保持一致。
全文摘要
本發明公開了一種錨固混凝土擋墻堆石壩，包括混凝土擋墻，混凝土擋墻的后方為堆石體，堆石體包括堆石區和過渡層，堆石區的下方設置有水平排水體和反濾層，壩體下游側為下游護坡；還包括布設在混凝土擋墻、過渡層和堆石區內的多個錨固體組，混凝土擋墻由多個墻段組成，相鄰兩個墻段之間留有施工縫，各施工縫內填充有瀝青瑪蹄脂。本發明錨固混凝土擋墻堆石壩有效地改善已有壩型所存在堆石體填筑方量大、壩體變形大且與防滲體之間變形不協調的問題。本發明錨固混凝土擋墻堆石壩的構筑方法，具體步驟如下澆筑混凝土擋墻、填筑堆石體以及錨固體注漿。本發明構筑方法工期短、造價低、步驟簡單。
文檔編號E02B7/04GK102644259SQ20121005391
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者姚汝方, 徐寧飛, 楊春鳴, 邵生俊 申請人:西安理工大學