用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构及其加筋架设装置和施工方法

技术领域

本发明涉及水工建筑物中的碾压混凝土重力坝，具体的涉及用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构及其加筋架设装置和施工方法。

背景技术

我国西南地区水力资源丰富，在长江上游各支流已建成一大批高碾压混凝土重力坝，如向家坝、龙滩等大坝。这些高坝大库无法避让我国西南地区地震活跃区。此外，我国东南沿海水资源丰富，在福建沿海一带建有一系列大中型碾压混凝土重力坝，如白濑、枋洋、霍口等。这些大坝无法避让福建沿海长乐—诏安地震带，该区域曾发生过历史大震。截至目前，世界范围内有2座100m以上重力坝在地震过程中发生了贯穿性裂缝，裂缝均位于坝头折坡附近，这2座大坝分别是中国广东的新丰江大坝和印度的Koyna大坝。一旦大坝在地震作用下损伤折断，将丧失蓄水功能、危及人身安全、吞噬经济成果。因此，碾压混凝土重力坝的抗震安全显得极其重要。

为提高施工效率，现代碾压混凝土坝采用全截面碾压，上下游凌空面附近采用30-50cm宽度的变态混凝土，中间区域采用碾压混凝土，很少布设钢筋。采用常规方法在上下游面布设抗震钢筋，必将导致钢筋伸出过长、或者需要焊接的地方太多，势必影响碾压施工效率。因此，高地震烈度区需要一种不影响碾压混凝土坝碾压施工效率的抗震加筋措施。

发明内容

本发明的一个目的是通过用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构及其加筋架设装置和施工方法解决至少上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构，所述重力坝包括位于坝体凌空面一侧的变态混凝土区和位于坝体内部的碾压混凝土区，所述变态混凝土区内设有抗震钢筋骨架。

优选的，所述抗震钢筋骨架布置在坝体0.5倍高程以上的变态混凝土区内。

优选的，所述碾压混凝土重力坝从上游到下游依次包括：上游变态混凝土、二级配碾压混凝土、三级配碾压混凝土和下游变态混凝土，所述抗震钢筋骨架布置于上游变态混凝土和下游变态混凝土内。

优选的，所述抗震钢筋骨架包括分层嵌套架设的高窄的抗震箍筋。

优选的，所述抗震箍筋直径20mm、宽15cm、高100cm，两头富余长度25cm，每个坝段内箍筋横河向间距为50cm。

优选的，所述抗震钢筋骨架还包括支撑钢筋，上下层的抗震箍筋通过插入2根水平向支撑钢筋进行嵌套搭接。

优选的，所述抗震钢筋骨架与凌空面之间的变态混凝土为保护层，所述保护层和抗震钢筋骨架的总宽度不超过变态混凝土区宽度的一半。

所述的用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构的加筋架设装置，包括钢模板、挂扣、挂钩、拔扣和挂圈，所述挂扣可拆地安装于所述钢模板上，所述挂钩与挂扣底部铰接，所述拔扣可拆卸安装于所述挂扣上，所述挂圈的上端通过拔扣与所述挂扣连接、下端与所述挂钩连接。

优选的，所述挂扣为“个”字型钢板，所述钢模板上设有向下倾斜的挂孔，所述挂扣一侧倾斜插入所述钢模板、另一侧设有倾斜的插孔，所述插孔内插有所述拔扣，所述挂扣的下部通过转动铰与挂钩相连。

所述的用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构的施工方法，当碾压混凝土碾压高度接近抗震箍筋高度一半时，开始增加上一层抗震箍筋，步骤如下：

(1)拔出“个”字型挂扣上的拔扣，挂圈滑落，挂钩通过转动铰自由转动，将“个”字型挂扣从钢模板上拔出，插入距上次挂孔高一层的钢模板的挂孔内；

(2)待整个坝段同一高程的挂扣全部取出并插入新的插孔后，将上部2根水平向钢筋从侧面抽出；

(3)用2根水平向支撑钢筋架起另一批抗震箍筋，通过“个”字挂扣将上部水平向支撑钢筋固定住，然后中间进行加密固定；

(4)上下层箍筋通过插入的2根水平向支撑钢筋进行嵌套搭接，重复上述过程至施工完成。

由上述描述可知，本发明提供的用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构及其加筋架设装置和施工方法具有如下有益效果：

(1)抗震加筋措施在上下游变态混凝土内进行架设，不影响主体碾压混凝土、碾压混凝土与变态混凝土搭接部位的碾压施工。

(2)采用分层嵌套箍筋，可以根据模板作业高度、施工层数与厚度进行调整、更加灵活。

(3)在上下游面使用抗震钢筋加固，能有效提升碾压混凝土坝的抗震能力。

附图说明

图1为抗震加筋结构在碾压混凝土重力坝上的布置示意图。

图2为抗震箍筋的主视图。

图3为抗震箍筋的侧视图。

图4为上游垂直坝面抗震钢筋布置图。

图5为下游倾斜坝面抗震钢筋布置图。

图6为同一坝段抗震钢筋整体布置图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构，重力坝包括位于坝体凌空面一侧的变态混凝土区和位于坝体内部的碾压混凝土区，变态混凝土区内设有抗震钢筋骨架2。位于变态混凝土区内的抗震钢筋骨架2是重力坝的抗震加筋措施，抗震钢筋骨架2在上下游变态混凝土内进行架设，不影响主体碾压混凝土、碾压混凝土与变态混凝土搭接部位的碾压施工，抗震钢筋骨架2采用分层嵌套箍筋，可以根据模板作业高度、施工层数与厚度进行调整、更加灵活，在上下游面使用抗震钢筋加固，能有效提升碾压混凝土坝的抗震能力。

抗震钢筋骨架2布置在坝体0.5倍高程以上的变态混凝土区内。地震作用下，重力坝主要发生坝头折坡处贯穿性动力损伤，并可能折断，尤其是下游坝面一半坝高以上范围的动力损伤。所以，抗震钢筋布置于主河床最大坝高的一半范围内。

碾压混凝土重力坝从上游到下游依次包括：上游变态混凝土11、二级配碾压混凝土12、三级配碾压混凝土13和下游变态混凝土14，抗震钢筋骨架2布置于上游变态混凝土11和下游变态混凝土14内。在碾压混凝土重力坝的常规结构中，变态混凝土区包括位于凌空面的上游变态混凝土11和下游变态混凝土14，碾压混凝土区包括二级配碾压混凝土12和三级配碾压混凝土13，排水管15坝体内部设有排水管15、坝身廊道16和基础廊道17，坝体顶部设有坝顶常态混凝土18，上游变态混凝土11和下游变态混凝土14厚度为30-50cm，优选40-50cm。

如图2和3所示，抗震钢筋骨架2包括分层嵌套架设的高窄的抗震箍筋21。抗震钢筋骨架2是以抗震箍筋21形式、通过钢模板31和挂扣32进行架设的。

抗震箍筋21直径20mm、宽15cm、高100cm，两头富余长度25cm，每个坝段内箍筋横河向间距为50cm。

如图4-5，抗震钢筋骨架2还包括支撑钢筋22，上下层的抗震箍筋21通过插入2根水平向支撑钢筋22进行嵌套搭接。抗震箍筋21的4个拐点采用直径为20mm的横河向支撑钢筋22进行架设。

抗震钢筋骨架2与凌空面之间的变态混凝土为保护层，保护层和抗震钢筋骨架2的总宽度不超过变态混凝土区宽度的一半。由于变态混凝土和碾压混凝土搭接部位还需要进行复碾，复碾宽度经常为变态混凝土宽度的一半，因此保护层和抗震钢筋骨架2的总宽度不超过变态混凝土宽度的一半，变态混凝土宽度一般设置为30-50cm，因此保护层和抗震钢筋骨架2总宽度限定在25cm以内，作为优选实施例，抗震箍筋21离模板7cm形成的变态混凝土作为保护层，抗震箍筋21宽度15cm，抗震箍筋21离碾压混凝土区的间距取22cm，则变态混凝土宽度为44cm。

如图4和5，用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构的加筋架设装置3，包括钢模板31、挂扣32、挂钩33、拔扣34和挂圈35，挂扣32可拆地安装于钢模板31上，挂钩33与挂扣32底部铰接，拔扣34可拆卸安装于挂扣32上，挂圈35的上端通过拔扣34与挂扣32连接、下端与挂钩33连接。抗震钢筋以箍筋的形式架设于水平向的支撑钢筋22上，抗震箍筋21通过加筋架设装置3挂在钢模板31上，当加筋架设装置3处于架设状态时，挂圈35的下端与挂钩33远离铰接点的一侧连接，使挂钩33保持水平状态，水平向的支撑钢筋22放置于挂钩33上。

挂扣32为“个”字型钢板，钢模板31上设有向下倾斜的挂孔，挂扣32一侧倾斜插入钢模板31的挂孔内、另一侧设有倾斜的插孔，插孔内插有拔扣34，挂扣32的下部通过转动铰与挂钩33相连，“个”字挂扣32等加筋架设装置3用来固定抗震箍筋21水平位置及保持其与钢模板31平行状态。挂钩33通过挂圈35及拔扣34悬挂在“个”字钢板一侧，减震箍筋上部的水平向的支撑钢筋22悬挂在挂钩33上，可以自由抽出和插入；拔扣34包括拔圈和插杆，插杆的中部设有限位杆，插杆插入“个”字型挂扣32一侧的插孔内，限位杆对插杆进行限位，挂圈35为柔性绳索构成的绳圈，当拔扣34插入挂扣32一侧的插孔内时，挂圈35挂设于挂扣32上并被拔扣34所限位，而挂圈35的底部与挂钩33进行连接，当拔掉拔扣34时，挂圈35从挂钩33上脱落，挂钩33的一端失去约束，在重力作用下向下转动，此时可以将挂扣32从钢模板31上取下，挂扣32的一侧从钢模板31的挂孔内拔出，而挂钩33从抗震钢筋骨架2和钢模板之间的间隙脱出。抗震钢筋骨架2的架设形式如图2和3所示，其中图4为上游垂直坝面抗震加筋架设形式，图5为下游斜坡坝面抗震加筋施架设形式。

如图4-6，用于碾压混凝土重力坝的抗震加筋结构的施工方法，当碾压混凝土碾压高度接近抗震箍筋21高度一半时，开始增加上一层抗震箍筋21，步骤如下：

1、拔出“个”字型挂扣32上的拔扣34，挂圈35滑落，挂钩33通过转动铰自由转动，将“个”字型挂扣32从钢模板31上拔出，插入距上次挂孔高一层的钢模板31的挂孔内，也即将挂扣32插入距上次挂孔1m的挂孔内；

2、待整个坝段同一高程的挂扣32全部取出并插入新的插孔后，将上部2根水平向钢筋从侧面抽出；

3、用2根水平向支撑钢筋22架起另一批抗震箍筋21，通过“个”字挂扣32将上部水平向支撑钢筋22固定住，然后中间进行加密固定；本步骤中，用2根水平向支撑钢筋22穿过另一批抗震箍筋21的顶部，将该批抗震箍筋21架起，同时用3人在两端和中部通过“个”字挂扣32将上部水平向支撑钢筋22固定住，也即将挂钩33向上转动，将挂圈35通过拔扣34挂设于“个”字挂扣32的另一侧，从而使水平向支撑钢筋22架设于挂钩33上。

4、上下层箍筋通过插入的2根水平向支撑钢筋22进行嵌套搭接，继续铺设碾压混凝土至碾压高度接近抗震箍筋21高度一半，重复上述过程至施工完成。施工过程中，可以通过拉筋将支撑钢筋22和箍筋固定在碾压混凝土中，以进一步提升抗震加筋结构的稳定性。抗震钢筋骨架2在一个坝段内的架设形式见图6，箍筋间距取50cm。

上述仅为本发明的若干具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。