一种高土心墙坝岸边接触粘土空间差异设置型式

技术领域

本发明涉及水利水电设计建造工艺技术领域，具体是一种高土心墙坝岸边接触粘土空间差异设置型式。

背景技术

心墙堆石坝由于其便于就地取材、对地形地质条件适应性好、施工简单、抗震性好等优点，在国内外坝工建设中占有重要地位。但受河谷地形(尤其是河谷狭窄、边岸坡陡峭)的影响，在施工期和运行期高土心墙坝临近岸坡区心墙料会发生不协调的变形，包括顺岸坡的剪切变形和横河向张拉变形。若心墙与岸坡的这种不协调变形过大就可能使临近岸坡区心墙土料防渗效果减弱甚至破坏。工程实践中，常通过在心墙与两岸基岩或盖板之间设置接触粘土以协调防渗体与两岸基岩之间的变形，岸边接触粘土设置型式为：心墙与两岸接触的岸坡表面设置一定厚度的混凝土盖板，心墙与盖板连接处铺设水平等厚的粘性土。

现有技术中，在心墙与设置在岸边基岩上的混凝土盖板之间等厚设置接触粘土，接触粘土的主要物性指标(塑性指数、渗透系数、渗透破坏比降等)基本一致。根据研究表明，在填筑和水荷载作用下，心墙与岸边沉降差呈现中部较大，坝体高高程和低高程的沉降差值较小的空间分布规律。现有技术设置型式存在如下缺点：接触粘土设置型式多凭经验，沿高程等厚设置接触粘土和按同一标准要求接触粘土的主要物性指标均会造成土料浪费或增加局部区域变形破坏的风险。

发明内容

为了减少土料的使用，降低局部区域潜在变形破坏的风险，本发明提供了一种高土心墙坝岸边接触粘土空间差异设置型式。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种高土心墙坝岸边接触粘土空间差异设置型式，包括心墙、坝岸及接触粘土，所述心墙与坝岸间为接触粘土设置区，所述接触粘土设置区包括Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，所述Ⅰ区位于心墙底～1/3坝高区域，所述Ⅱ区位于1/3坝高～2/3坝高区域，所述Ⅲ区位于2/3坝高～心墙顶区域，所述接触粘土在Ⅱ区的厚度最大，Ⅲ区其次，Ⅰ区厚度最小。

进一步地，接触粘土最小厚度不小于2.5m。

进一步地，所述Ⅱ区接触粘土压实度大于98％，Ⅰ区与Ⅲ区接触粘土压实度不小于94％。

进一步地，各区塑性指数均不低于心墙的塑性指数，且Ⅱ区的塑性指数应大于Ⅰ区和Ⅲ区。

进一步地，所述Ⅰ区从上游至下游划分为3个亚区，即Ⅰ1区、Ⅰ2区和Ⅰ3区，所述Ⅱ区从上游至下游划分为2个亚区，即Ⅱ1区和Ⅱ2区。

进一步地，各区渗透系数均不低于心墙的渗透系数，且各亚区渗透系数关系为：Ⅰ1区≥Ⅱ1区≥Ⅰ2区≥Ⅱ2区≥Ⅰ3区≥Ⅲ区。

进一步地，各区接触粘土厚度渐进过渡实现搭接。

本发明相比于现有技术具有的有益效果是：本发明根据沉降差设置了一种合理、施工方便的高心墙土石坝岸边接触粘土的空间差异式设置型式，较传统设置型式更能充分发挥接触粘土的变形协调功能，减小因心墙与岸坡的变形不协调造成的变形破坏风险；由于各区设置的接触粘土厚度不同，与等厚设置接触粘土相比，可以在一定程度上节约土料的使用量。

附图说明

图1为心墙与岸边接触粘土分区平面示意图；

图2为心墙与岸边接触粘土剖面示意图；

图3为心墙与岸边沉降差随高程变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据研究表明，在填筑和水荷载作用下，心墙与岸边沉降差呈现中部较大，坝体高高程和低高程的沉降差值较小的空间分布规律，如图3所示。根据此规律发明人按填筑荷载和竖向水荷载的影响大小，沿高程将接触粘土区分区设置，如图1、图2所示，具体是一种高土心墙坝岸边接触粘土空间差异设置型式，包括心墙、坝岸及接触粘土，所述心墙与坝岸间为接触粘土设置区，所述接触粘土设置区包括Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，所述Ⅰ区位于心墙底～1/3坝高区域，所述Ⅱ区位于1/3坝高～2/3坝高区域，所述Ⅲ区位于2/3坝高～心墙顶区域，所述接触粘土在Ⅱ区的厚度最大，Ⅲ区其次，Ⅰ区厚度最小。

由于心墙与岸边沉降差呈现中部较大，坝体高高程和低高程的沉降差值较小的空间分布规律，故发明人将整个粘土设置区分为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，根据各区沉降差差异设置不同厚度的粘土，沉降差的大区域粘土厚度大，沉降差小的区域粘土厚度小。

为方便机械施工，接触粘土最小厚度应不小于2.5m，最大厚度应基于室内外试验、数值模拟等手段综合确定，在此不做限定。

进一步地，在进行接触粘土压实时，Ⅱ区接触粘土压实度大于98％，Ⅰ区与Ⅲ区接触粘土压实度不小于94％。为了避免应力和变形突变，各区接触粘土厚度应在方便施工的条件下渐进过渡实现搭接，故可以设置Ⅱ区接触粘土压实度大于98％，Ⅰ区接触粘土压实度为94％～103％，Ⅲ区接触粘土压实度为94％～100％。压实度既要满足变形要求，同时也要满足强度要求，同等条件下压实度较低时适应变形的能力大一点，但强度也要低一点，能兼顾二者的压实度才是最好的，因此在本实施例中将压实度设置为一个范围值，以便兼顾压实度与强度。

此外，各区塑性指数均不低于心墙土的塑性指数，且在同等条件下Ⅱ区的塑性指数应大于Ⅰ区和Ⅲ区，Ⅰ区的塑性指数不小于Ⅲ区。由于Ⅰ区和Ⅲ区的应力水平相对Ⅱ区来说较小，故塑性指数也可以设为相对较小。

优选地，由于水平水荷载和库水渗透影响，故将所述Ⅰ区从上游至下游划分为3个亚区，即Ⅰ1区、Ⅰ2区和Ⅰ3区，所述Ⅱ区从上游至下游划分为2个亚区，即Ⅱ1区和Ⅱ2区，各亚区渗透系数关系为：Ⅰ1区≥Ⅱ1区≥Ⅰ2区≥Ⅱ2区≥Ⅰ3区≥Ⅲ区，且各区渗透系数均不低于心墙土的渗透系数。通过将整个接触粘土设置区域分成若干个小区域，根据其环境因素填充不同压实度及渗透度的粘土使各区更适应水荷载及库水渗透，从而实现节约土料，减小变形破坏风险的目的。