一种面板坝防渗墙力学性态及防渗接头安全性能优化设计方法

技术领域

本发明属于土石坝建筑技术领域，涉及一种面板坝防渗墙力学性态及防渗接头安全性能优化设计方法。

背景技术

混凝土面板、趾板、连接板和防渗墙及各部件间设置接缝止水是目前深厚覆盖层上面板堆石坝的主要设计型式。随着新疆阿尔塔什面板堆石坝(坝高164.8m，覆盖层深度94m)、四川硗碛面板堆石坝(坝高125.5m，覆盖层深度72m)、四川斜卡面板堆石坝(坝高108.2m，覆盖层深度100m)等工程建设完工，标志我国深厚覆盖层上面板坝建设技术取得重要进展。

近年来，坝址区地质条件日益复杂，覆盖层深度屡创新高，为工程建设提出了新的挑战，其中防渗墙高应力、止水变形诱发渗漏风险等问题日益突出，已成为制约覆盖层上面板坝工程建设的技术瓶颈，是工程科研人员主攻的重点难题。

某深厚覆盖层上面板堆石坝数值分析表明：当两岸防渗墙顶部局部范围内拉应力已超过混凝土极限抗拉强度时，存在受拉开裂诱发渗漏的风险；此外，若连接板与防渗墙间接缝变形较大，超出现有止水结构容许的极限变形量，亦存在止水撕裂造成触发渗漏的危险。如何进行优化设计，增强防渗体系控渗防漏性能是保障工程安全运营的关键，对提升我国高坝建设技术具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种面板坝防渗墙力学性态及防渗接头安全性能优化设计方法。通过‘前高后低’的双排防渗墙并立布置型式，并联合3重防渗优化措施，从多个维度提高面板坝防渗体系控渗防漏的综合能力。

一种面板坝防渗墙力学性态及防渗接头安全性能优化设计方法，在传统面板坝防渗墙结构设计的基础上作的改进为：(1)在传统防渗墙的基础上，沿水平方向，在其后方增设辅防渗墙8，此处传统防渗墙结构作为主防渗墙7。(2)在主防渗墙7的左岸和右岸顶部薄弱区12和薄弱区13均设置具有防水特性的止水铜片2，用于抵抗墙顶受拉开裂诱发渗漏的风险。(3)在混凝土连接板3和混凝土趾板4下部设置倒梯形沥青混凝土5，用于增强防渗接头抗渗安全裕度。

具体包括如下步骤：

1)提出‘前高后低’的双排防渗墙并立布置型式，即主防渗墙7高于辅防渗墙8，通过辅防渗墙承担覆盖土层对墙体的摩擦拖拽作用，以改善主防渗墙竖向受力性态，主防渗墙和辅防渗墙的厚度相同；其中，主防渗墙7和辅防渗墙8之间设有泥皮9；防渗系统中连接板、趾板、面板及其之间的止水设计布置均与传统设计布置相同。

2)主防渗墙7的左岸、右岸的顶部薄弱区12和薄弱区13均设置止水铜片2，设置高度不低于混凝土连接板3的厚度与其底部沥青混凝土5的厚度之和，通过该设计抵抗墙顶受拉开裂诱发渗漏的风险；

3)混凝土连接板3和混凝土趾板4下部设置倒梯形沥青混凝土5，同时在混凝土趾板4后方设置梯形沥青混凝土分区，通过上述设计增强防渗接头抗渗安全裕度。

各关键部件的尺寸设计要求为：

1)所述的主防渗墙7底部与辅防渗墙8平齐，顶部比辅防渗墙8高h

2)所述的止水铜片2的深为h

3)所述的混凝土连接板3顶面与主防渗墙7顶面平齐；混凝土连接板3和其下方的沥青混凝土5的总厚度小于h

4)所述的混凝土趾板4后方的梯形沥青混凝土分区，其上下底长为l

本发明辅防渗墙承担地基变形对防渗墙体的直接作用，有效降低主防渗墙顶部受拉开裂的风险；同时，止水铜片和沥青混凝土的布控设计，可实现防渗接头抗渗性能的双向增强，显著提升了深厚覆盖层上面板坝防渗体系控渗防漏的安全性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)辅防渗墙承担地基变形对防渗墙体的直接作用，有效降低主防渗墙顶部受拉开裂的风险；

(2)同时，止水铜片3和沥青混凝土的布控设计，可实现防渗接头抗渗性能的双向增强，显著提升了深厚覆盖层上面板坝防渗体系控渗防漏的安全性能。

附图说明

图1是本发明中深厚覆盖层上面板堆石坝防渗体系设计优化方案示意图；

图2是防渗墙沿坝轴向剖面布置设计示意图；

图中标号：1-混凝土面板；2-止水铜片；3-混凝土连接板；4-混凝土趾板；5-沥青混凝土；6-覆盖层；7-主防渗墙；8-辅防渗墙；9-防渗墙间夹的泥皮；10-堆石料；11-主防渗墙(上下游方向视角)；12-薄弱区A；13-薄弱区B。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明相关设计作详细阐述。应当指出的是，以下对本发明及其型式的描述没有限制性，实际的型式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

本实例提供了一种面板坝防渗墙力学性态及防渗接头安全性能优化设计方法，具体介绍依次如下：

如图1所示，本发明通过双排防渗墙并立布置型式，并联合2重防渗优化措施，从多个维度提高面板坝防渗体系控渗防漏的综合能力。下面详细介绍各部分设计及施工步骤。

1)提出‘前高后低’的双排防渗墙并立布置型式(主防渗墙较辅防渗墙高h

2)主防渗墙两岸顶部设置长分别为l

3)混凝土连接板和混凝土趾板下部设置倒梯形沥青混凝土，其上下底长为l

下面以某工程为实例进行研究，说明本发明提出措施的具体参数。某大坝为深厚覆盖层上面板堆石坝，最大坝高150m，坝顶宽度14m。坝体上游坝坡1:1.6，下游坝坡1:1.8。上游混凝土面板厚度从顶至底按0.4+0.0035H变化，其中H为坝高。下游坝坡面采用1m厚干砌石护坡。采用悬挂式防渗墙结构设计，其深度为190m，厚度为1.4m，两岸嵌入基岩段厚1m。防渗墙顶部通过2块长4m的连接板与趾板连接。具体操作过程介绍如下：

1)提出双排防渗墙并立布置型式，主防渗墙与辅防渗墙采用“前高后低”的设计型式，两墙厚度均为d＝1.4m，主防渗墙较辅防渗墙高h

2)基于数模分析结果，主防渗墙两岸顶部设置长分别为l

3)混凝土连接板和混凝土趾板下部设置倒梯形沥青混凝土，其上下底长为l

通过上述设计增强防渗接头抗渗安全裕度。

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。