[发明专利]一种土石坝的抗震组合面板及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种土石坝面板及其施工方法，特别涉及一种土石坝的抗震组合面板及其施工方法。

背景技术

水电作为绿色可再生能源受到极大的重视，当前我国水电开发出现了前所未有的高潮。面板堆石坝因其具有可充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法比较简便等优点而得到青睐。以西部大开发中高土石坝建设为代表的水电工程对土石坝设计提出了更高的要求，土石坝的高度已由几十米发展到百米级、二百米级，乃至三百米级，如水布桠232米高面板堆石坝，江坪河225米高面板堆石坝等。这些工程多位于我国西部，由于坝高库大，坝址所在地区地形地质条件复杂，地震烈度高，环境恶劣，一旦失事，将产生灾难性的后果。面板是面板堆石坝防渗的重要结构，地震过程中面板的破坏与否直接关系到整个大坝的安全。

本发明之前，传统的面板有钢筋混凝土面板和沥青混凝土面板。传统的混凝土面板采用单层面板设计，只设计纵缝，沿纵向分开面板，而横向施工缝中的钢筋是通长的，因此并没有横缝，面板沿纵向分成“条状结构”。由于混凝土面板具有比堆石体更高的模量，适应变形的能力差，混凝土和堆石体两种材料变形不协调，垫层和堆石体变形过大会导致面板脱空，且这种类型的面板在地震过程中容易产生较大的应力，从而导致开裂、扭曲、错动等破坏，抗震能力差。如“5.12”汶川大地震中紫坪铺面板堆石坝产生震陷74cm，水平位移36cm，上游防渗面板发生张裂、扭曲变形，面板中的钢筋出现弯折，震害严重，严重威胁下游人民的生命安全和物质财产安全。传统的沥青混凝土面板虽然比钢筋混凝土面板具有更好的适应变形的能力，但沥青材料不可避免的存在老化的问题，沥青混凝土面板表面长期与水接触或者暴露在空气中，容易老化。在严冬低温季节，沥青材料易破碎，其强度难以承受由低温收缩引起的拉伸应力，容易引起面板的开裂，而在高温季节，沥青混凝土又易膨胀和软化，使得强度降低。目前石油价格高居不下，沥青混凝土面板厚度大，需要较多了沥青材料，因此造价较高。在上游坝坡的斜坡上施工，摊铺不方便，影响施工进度。

传统的堆石坝面板设计理念为通过提高面板的强度和抵抗变形的能力来防止面板的开裂破坏。题为“混凝土面板堆石坝双层面板抗裂技术探讨”的学术论文(牟声远等，水力发电，2008年第1期)提出了一种沥青混凝土面板与普通混凝土面板组合的双层面板结构，使上下层面板解除约束，释放变形，减小面板拉应力，实现面板抗裂变形与防渗功能分割。但该文献提出的面板结构是整块的面板结构形式，这种面板虽然能在一定程度上适应施工期自重作用下的挠曲变形，但对于地震作用下的剪切、扭曲、张裂等变形毫无适应能力，且文献中也没有提及该面板结构在实际工程施工中的具体实施方法。这种面板结构的上、下两层面板直接接触，没有设置过渡材料，由于两种材料模量的差异，在两种材料接触处容易产生应力集中导致局部的裂缝和破坏。这种双层面板结构的下层混凝土面板刚度很大，在地震中承担了较大的作用力，容易产生破坏，下层混凝土面板在地震中破坏后，上层沥青混凝土将难以承受下层面板破坏后的不均匀变形，使上层沥青混凝土面板也遭到破坏。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统面板抵抗地震变形能力差的缺陷，提出一种土石坝的抗震组合面板，该组合面板能适应地震作用下产生的开裂、扭曲、错动等变形。

本发明的另一目的在于提供所述组合面板在实际工程应用中的施工方法。

本发明采用以下技术方案实现：

一种土石坝的抗震组合面板，其主要技术特征在于：组合面板由上、下两层混凝土面板和沥青层组成；所述的混凝土面板由矩形混凝土块组合而成，矩形混凝土块之间预留纵向和横向分缝；上、下两层混凝土面板的混凝土块采用交错方式排列；上、下两层混凝土面板之间为沥青层；各矩形混凝土块间的横缝和纵缝都采用沥青充填。

所述的矩形混凝土块形状相同，优选边长为12～18m，厚度为0.2～0.4m。混凝土块之间纵向和横向分缝的缝宽为1～2cm。

所述的沥青层厚度优选2～5cm。

本发明还涉及所述抗震组合面板的施工方法，包括以下步骤：

(1)填筑第一级坝体、过渡层和垫层；

(2)第一级坝体以及过渡层和垫层施工到第一级高程后，在垫层表面铺设5～10cm厚的沥青砂浆，铺设位置为第一级组合面板的下层混凝土面板分缝处；

(3)根据高程自下而上浇筑或铺设预制的组成第一级下层混凝土面板的矩形混凝土块，矩形混凝土块之间预留纵缝和横缝；