[发明专利]一种复合面板砂砾石坝的结构设计及施工方法

说明书

一种复合面板砂砾石坝的结构设计及施工方法，垫层包括富浆胶凝砂砾石垫层和胶凝砂砾石垫层，胶凝砂砾石垫层铺设于1/2坝高以下的垫层处；富浆胶凝砂砾石垫层铺设于1/2坝高以上的垫层处；富浆胶凝砂砾石垫层与防浪墙底板之间的缝隙处灌注有沥青混凝土砂浆层；距离防浪墙底板a米的坝体采用胶凝砂砾石填筑而成；将坝体分为上游主堆石区和下游堆石区；在富浆胶凝砂砾石垫层和胶凝砂砾石垫层内设有平行于面板层且相互连通的排水盲管。本发明结构简单，有效的保护面板，减小面板和防浪墙的变形，增强坝体的抗渗能力。上下游坝坡的稳定性得到了极大的提高。有效减小坝体填筑工程量，充分发挥防浪墙的优点。便于施工。

技术领域

本发明涉及一种水利工程技术领域，尤其是一种复合面板砂砾石坝的结构设计及施工方法。

背景技术

砂砾石料广泛分布在河床和岸坡滩地，开采施工成本低，是构筑高坝的良好的天然材料。砂砾石料具有压缩性低、抗剪强度和变形模量高、施工易压实等优点。但是天然砂砾料由于级配的离散型、间断性和施工易分离性，抗渗和抗冲刷能力较差。在我国西部地区，这种材料更是随处可见。我国现在已经建成的乌鲁瓦提（131.8m）和黑泉（123.5m）两座面板砂砾石坝。从我国沟后面板砂砾石坝溃坝分析，最主要的原因就是面板和防浪墙底止水失效且防浪墙发生较大变形，坝顶高程处存在强透水层，渗流高溢出，砂砾石料发生渗透破坏，下游坝坡局部失稳、滑动，面板悬空，折断，洪水漫顶，形成一种渐进破坏的模式，造成了巨大的人民财产和经济损失。从此以后面板砂砾石坝的设计，防浪墙的底板高程均高于正常蓄水位，甚至高于设计洪水位，且坝内设置排水棱体。目的是避免库水经常浸没防浪墙，防止由于防浪墙接缝止水不良或者坝顶变形量过大而产生止水破坏而漏水。但是防浪墙的设置可以有效的节省填筑量，有时设置较高的防浪墙，会更经济。从沟后坝失事后的防浪墙的设计来看，防浪墙在正常工况下不起到挡水的作用。坝内排水棱体的设置可以有效降低坝体内的浸润线，但是大大增加了坝体施工的难度，降低了施工的效率。

胶凝砂砾石坝是在近几十年总结传统面板堆石坝与碾压混凝土坝优点基础上发展起来的一种新坝型，它具有水泥用料省，施工导流方便，温控简单，施工速度快，适应软弱地基以及抗震性好等特点。胶凝砂砾石坝坝体体型介于堆石坝和混凝土重力坝之间。胶凝砂砾石的强度和变形模量低于混凝土，但高于砂砾石料，是处于混凝土和砂砾石料之间的过渡材料。一般来讲，未掺外加剂的胶凝砂砾石抗渗等级可达到S8，掺外加剂后抗渗等级可以达到S12。由于现阶段胶凝砂砾石的性能的研究还不够完善，国内投入运行的最高的我胶凝砂砾石坝是守口堡水库大坝，坝高64.6m。为保障大坝长期运行，需要在坝体上游迎水面选择适宜的防渗措施实现挡水功能，砂砾石坝的防渗层材料一般采用常规混凝土、碾压混凝土。坝工界对高胶凝砂砾石坝的安全性存在以下担心：（1）胶凝砂砾石料的耐久性研究目前仅停留在渗透溶蚀、抗渗及抗冻方面的一些影响规律探讨，不够系统深入，未能量化；（2）胶凝砂砾石料细观层面下的定量分析极少，无法准确预测该坝型的使用寿命，故国内还没有超过百米高的胶凝砂砾石坝。

在地震作用下，0.65H（H为坝高）附近面板顺坡向拉应力最大，该部位首先出现损伤，同时由于鞭鞘效应，面板在0.85H处也出现损伤破坏。在某一渗流坡降作用下，管涌发生后,是否会扩展到管涌破坏，与渗径长度有很大关系，渗径愈长，就愈难扩展到破坏。并且只有当渗流坡降上升到某一定高度时，管涌才会扩展到上游，使上、下连通，形成通道，即发生管涌破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，可充分发挥防浪墙作用，减少坝体填筑量，减轻震后面板破坏程度，提高坝体抗渗强度的复合面板砂砾石坝的结构设计及施工方法。