一种改善覆盖层上面板坝止水缝变形的倾斜形接缝设计及施工方法

技术领域

本发明属于土石坝建筑技术领域，涉及一种改善覆盖层上面板坝止水缝变形的倾斜形接缝设计及施工方法。

背景技术

随着水电开发工作的持续推进，我国水利工程的坝址条件日趋复杂，在覆盖层地基上建坝已“难以避让”。目前我国已建并规划的有狮子坪、黄金坪、下坂地、泸定、旁多、冶勒等多座高土石坝工程，其覆盖层深度均超过了百米。

在覆盖层地基上修建面板堆石坝时，防渗系统的构造更加复杂，其组成包括混凝土面板、趾板、连接板、防渗墙及彼此间的止水缝。为了确保防渗系统的防渗性能，需尽可能避免混凝土结构发生损伤开裂，同时要严格控制止水缝的变形，但由于覆盖层地基土与防渗墙混凝土材料模量差异明显，在坝体自重和上游水压力作用下，很容易使止水缝发生过大剪切变形而出现损伤现象。因此，如何改进传统防渗系统构造以限制止水缝的错动变形对于大坝工程长期安全运维至关重要。

发明内容

针对传统竖直接缝因覆盖层地基土与防渗墙混凝土材料模量差异明显而发生过大剪切变形导致损伤的问题，本发明提供一种改善覆盖层上面板坝止水缝变形的倾斜形接缝设计及施工方法，使趾板-连接板-防渗墙相互搭接，限制了止水缝的错动变形。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种改善覆盖层上面板坝止水缝变形的倾斜形接缝设计及施工方法，包括以下步骤：

1)防渗墙1主体采用开挖成槽，防渗墙1顶部采用倒角扩宽设计并通过直升式导管法施工。

2)连接板2两端采用倾斜形设计并通过现浇法施工，其与防渗墙1、趾板3之间设置倾斜向上游侧的止水缝7，止水缝7与连接板2的施工安排在防渗墙1与趾板3完工之后。

具体实施过程包括以下步骤：

1)大坝堆石料5逐层填筑，振动碾压施工，直至坝顶。

2)以混凝土防渗墙1中轴线为中心建立施工场地，通过抓斗或液压铣施工，沿混凝土防渗墙1轴线将覆盖层6开挖成槽，并采用泥浆护壁，然后通过直升式导管法浇筑普通混凝土，完成防渗墙1主体施工。

3)防渗墙1顶部采用倒角扩宽设计，拓宽宽度为d，防渗墙1顶部下游侧端面与竖向夹角为α并倾向上游侧，防渗墙1顶部区域设置模板，采用现浇法完成施工。所述的α为10°

4)趾板3上游侧端面设计为倾斜形，与竖向夹角为β并倾向上游侧，趾板3采用现浇法完成施工，与其连接的混凝土面板4采用滑模法浇筑，混凝土面板4置于坝体堆石料5表面。所述的β为10°～45°。

5)连接板2两端分别采用与防渗墙1顶部下游侧端面和趾板3上游侧端面平行的倾斜形设计，设置模板，并采用现浇法完成施工。

6)防渗墙1-连接板2-趾板3之间止水缝7的底部设置金属止水，顶部选用柔性止水、无黏性自愈性止水、或两者相结合的型式。

本发明将防渗墙-连接板-趾板间止水缝设计为倾斜形，可有效降低防渗系统各部分结构之间的错动变形，避免止水缝发生剪切破坏，提升了覆盖层上面板坝防渗系统的可靠性和安全裕度。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是提出了防渗墙-连接板-趾板间倾斜形止水缝的设计及施工方法，以此降低防渗墙-连接板-趾板间止水缝的错动变形。主要体现在倾斜形接缝使趾板-连接板-防渗墙相互搭接，连接板和趾板在发生竖向位移时，倾斜缝将处于压缩状态，抑制其位移进一步发展，并降低防渗墙-连接板-趾板间止水缝的错动变形；同时防渗墙顶部的倒角扩宽设计改善了防渗墙的受力状态，降低了防渗墙受拉破坏的风险。

附图说明

图1为本发明的覆盖层上面板坝防渗系统设计方案示意图；

图中标号：1-混凝土防渗墙；2-连接板；3-趾板；4-面板；5-坝体堆石料；6-覆盖层；7-止水缝；α-止水缝与竖直向夹角；β-止水缝与竖直向夹角；a-连接板厚度；d-防渗墙顶部扩宽宽度；h-防渗墙扩宽区高度。

图2为作为对比例的传统设计方案中覆盖层上面板坝采用传统竖直止水缝的变形前图(图2a)和变形后图(图2b)；

图3为本发明案例中覆盖层上面板坝采用本发明倾斜形止水缝的变形图前图(图3a)和变形后图(图3b)；

图4为本发明案例中覆盖层上面板坝防渗系统中防渗墙、连接板和趾板的应力图，图4a为最大压应力，图4b为最大拉应力。

具体实施方式

以下结合具体实施案例对本发明作进一步说明。

工程案例如下：

以覆盖层上的面板坝作为工程案例，坝高100m，坝顶宽度为10m，坝体上游坝坡1:1.6，下游坝坡1:1.8。混凝土面板厚度从顶至底按0.3+0.0035h变化，其中h为距坝顶的高度，单位m。坝基防渗采用悬挂式防渗墙，其深度为195m，厚度为1.4m。防渗墙轴线距趾板4.7m，采用连接板与趾板相连。具体操作过程介绍如下：

1)大坝堆石料5逐层填筑，振动碾压施工，直至坝顶。

2)以防渗墙1中轴线为中心建立施工场地，通过抓斗或液压铣施工，沿防渗墙1轴线将覆盖层开挖成槽，并采用泥浆护壁，其中开挖深度为190m，宽度为1.4m；然后通过直升式导管法浇筑普通C45混凝土，完成防渗墙主体施工。

3)根据数值分析结果，在防渗墙1顶部高度5m范围内向下游侧采用倒角扩宽设计，宽度为2.5m，防渗墙1顶部下游端面设计为倾斜形，与竖向夹角为30°并倾向上游侧，防渗墙1顶部区域设置模板，采用现浇法完成施工。

4)趾板3上游侧端面设计为倾斜形，与竖向夹角为30°并倾向上游侧，趾板3采用现浇法完成施工，与其连接的混凝土面板4采用滑模法浇筑。

5)连接板2两端分别采用与防渗墙1顶部下游侧端面和趾板3上游侧端面平行的倾斜形设计，设置模板，并采用现浇法完成施工。

6)防渗墙1-连接板2-趾板3之间止水缝7的底部设置金属止水，顶部选用柔性止水的型式。

采用本发明对该工程进行设计，并开展了数值分析，同时与传统设计方案的竖直止水缝变形和防渗墙应力进行了对比，水库蓄水后的止水缝变形计算值见表1，防渗墙1、连接板2和趾板3的应力见图4。可以看出：本发明提出方法将止水缝的最大剪切变形从15.5cm降低至9.0cm，降幅约42％，防渗墙的最大拉、压应力均在混凝土设计强度范围内。综上所述，本发明方法有效降低了防渗系统的应力与变形，提升了覆盖层上面板坝的安全裕度。

其中，作为对比例的传统设计方案(图2a)，其与本发明设计方案(图1和图3a)的差异：传统设计方案的防渗墙1的宽度沿高程基本不变，其顶部没有倒角扩宽设计，同时连接板2两端均采用竖直形设计，相邻的止水缝7也是沿竖直方向的。

表1

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。