CN108560490A - 一种夹芯式泥石流拦挡坝及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹芯式泥石流拦挡坝及其施工方法，泥石流拦挡坝包括坝体，在坝体正面设有缓冲结构，所述缓冲结构由迎流壁面、后部面板和位于两者之间的缓冲层构成，所述后部面板与坝体正面相贴合；所述缓冲层由横截面为蜂窝状的蜂窝框架以及填充物构成，所述填充物填充于蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中。本发明能够有效提高拦挡坝抗泥石流冲击能力、可有效降低坝体刚度、方便修复。施工方便、快速、造价低。

Description

一种夹芯式泥石流拦挡坝及其施工方法

技术领域

本发明涉及泥石流拦挡结构，特别是一种夹芯式泥石流拦挡坝结构及施工方法，属于泥石流防治技术领域。

背景技术

泥石流是我国山区常见的地质灾害，由高浓度水、砂、砾组成，具有暴发突然、冲刷淤积明显、较强破坏能力等特点，严重威胁山区人民的生命和财产安全。泥石流拦挡坝是一种常见有效治理泥石流的方法，目前根据结构形式进行划分，泥石流拦挡坝在工程中主要使用类型为：重力式拦挡坝、格宾拦挡坝、格栅坝、拱坝等。由于这些不同类型的拦挡坝都存在各自的局限性，无法做到在强度和稳定性满足的条件下，按照结构合理、断面经济及施工方便安全可靠等原则设计。

对于不同类型的拦挡坝，所存在的缺点有：1.重力式拦挡坝为刚性坝，泥石流易在坝体形成应力集中，造成坝体局部破坏，修复困难，坝体对泥石流冲积物没有选择性的拦截，增加拦挡坝的负担，且狭窄沟谷重力坝的空间效应比较明显；2. 对于格宾拦挡坝，格宾材料的应用较少，格宾结构仅仅在防洪抢险等紧急情形下作为临时构筑物中使用；3. 格栅坝由于开口易被分离的粗颗粒堵塞，难以持续实现“拦粗排细”的功能；4.拱坝随着高度的增加，坝肩部位对地质条件特别敏感，容易造成溃坝的危险；5前述拦挡坝类型在迎流壁面没有合适的吸收与耗散能量的结构，设计都偏于保守，经济成本较高；6.现场施工方法较为复杂，工程质量不易控制，施工速度较慢。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种能够有效提高拦挡坝抗泥石流冲击能力、可有效降低坝体刚度、方便修复的夹芯式泥石流拦挡坝。

本发明还同时提供上述泥石流拦挡坝快速、低造价的施工方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种夹芯式泥石流拦挡坝，包括坝体，在坝体正面设有缓冲结构，所述缓冲结构由迎流壁面、后部面板和位于两者之间的缓冲层构成，所述后部面板与坝体正面相贴合；所述缓冲层由横截面为蜂窝状的蜂窝框架以及填充物构成，所述填充物填充于蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中。

所述迎流壁面上沿高度方向间隔均设置有若干***水孔，每排中的所有泄水孔与蜂窝框架相通；迎流壁面上每个泄水孔朝外一端高于朝内一端；蜂窝框架中任意六边形孔洞壁与相邻的六边形孔洞壁至少通过一个排水孔连通。

相邻两***水孔之间的间距为2-3m，每***水孔中相邻泄水孔之间的间距为2-3m，且上下***水孔交错布置；最下一***水孔高于迎流壁面最底部0.3m。

在每个泄水孔口部设置过滤装置，防止泥石流中的杂质堵塞孔道。

在缓冲层底部设置一定坡度的过水面或者集水沟，并将集水沟与外部排水沟相连，蜂窝框架底部设有底板以避免填充物落入集水沟，底板上设有若干滤水孔。

所述迎流壁面由若干相同的单元体拼接而成，单元体形状为矩形、丁字形或十字形。

所述蜂窝框架由若干相同的正六边形筒体上下左右拼接形成所需长宽高尺寸。

所述填充物为砾石或者碎石。

上述夹芯式泥石流拦挡坝施工方法，施工步骤如下，

1）预制所需构件：预先加工好迎流壁面单元体和正六边形筒体，正六边形筒体为组装蜂窝框架的蜂窝单元；正六边形筒体为金属材料或者复合材料；迎流壁面单元体为混凝土结构；

2）清理拦挡坝所在场地：根据设计要求，平整施工场地，准确定位迎流壁面、缓冲层、后部面板及坝体的施工位置，并清理周围堆积物、松土及块石；

3）先施工形成后部面板，后部面板向下延伸入地基一定的深度；后部面板采用预先加工好的混凝土砌块组装而成；

4）根据迎流壁面与后部面板之间的距离，从下至上依次将迎流壁面单元体用砂浆进行砌筑，从而形成需要高度的迎流壁面整体；迎流壁面向下延伸入地基一定的深度；

5）在迎流壁面与后部面板之间将蜂窝单元组装成蜂窝框架，并在蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中填充填充物；填充时需压紧夯实，以保证整个缓冲层结构的稳定性；

6）最后在后部面板后面施工形成坝体，由此完成泥石流拦挡坝施工。

步骤5）的蜂窝框架在现场组装好，然后将组装好的整体的蜂窝框架吊装到迎流壁面与后部面板之间，再填充填充物；或者直接在迎流壁面与后部面板之间组装，组装时，按层从下往上组装，每层的高度为一个蜂窝单元的高度；每层中的任意一个蜂窝单元与相邻的蜂窝单元通过焊接或者螺栓连接；相邻两层的所有蜂窝单元一一正对并通过焊接或者通过连接板由螺栓固定连接；每完成一层蜂窝框架后填充该层对应的填充物，填充时每个蜂窝单元上端预留一定空间，以便于该层蜂窝单元与上一层蜂窝单元连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供一种夹芯式泥石流拦挡坝缓冲结构，能够通过夹层中的蜂窝填充结构，将泥石流冲击能量吸收、传递以及耗散掉，从而提高后部坝体抵抗泥石流冲击荷载的能力，能够有效的减少拦挡坝破坏的几率。

2、本发明提供一种夹芯式泥石流拦挡坝缓冲结构，能够有效降低坝体刚度，协调坝体的变形，提高泥石流拦挡坝的抵抗效果，从而降低坝体自重，降低材料用量，使得拦挡坝更加经济高效。

3、本发明提供一种夹芯式泥石流拦挡坝缓冲结构，通过夹层中的孔状蜂窝结构进行排水。由此出发，进行泥石流拦挡坝的排水***的布设。

4、本发明可以根据施工现场要求，对夹芯式缓冲结构进行单元结构进行预制，在施工现场拼接。可以任意调整规格，制作方法快速简单。

5、本发明提供一种材料来源广泛、造价低、施工速度快的夹芯式泥石流拦挡坝缓冲层的施工方法。

附图说明

图1是本发明夹芯式泥石流拦挡坝正视图。

图2是本发明夹芯式泥石流拦挡坝缓冲结构俯视图。

图3是本发明蜂窝框架示意图。

图4是本发明夹芯式泥石流拦挡坝侧剖面示图。

其中：迎流壁面1，填充物2，后部面板3，泄水孔 4，坝体5，迎流壁面单元体6，蜂窝框架7。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明不限于此。

实施例1：

参见图1-图4，本发明夹芯式泥石流拦挡坝，包括坝体5，在坝体5正面设有缓冲结构，所述缓冲结构由迎流壁面1、后部面板3和位于两者之间的缓冲层构成，所述后部面板3与坝体5正面相贴合；所述缓冲层由横截面为蜂窝状的蜂窝框架7以及填充物2构成，所述填充物2填充于蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中。蜂窝框架六边形孔洞的其中两个面平行于迎流壁面、后部面板。

蜂窝夹芯层泥石流拦挡坝的作用原理：蜂窝芯材是良好的吸能材料，这与蜂窝芯材在面外压缩载荷作用下的应力应变曲线中很宽的屈服平台有关，在蜂窝芯材塑性压溃屈服变形过程中，蜂窝壁有规律地折叠褶皱变形过程中通过破坏吸收大量的压缩能。因此，本发明夹芯式缓冲结构能够有效地将泥石流冲击荷载中的冲击能量给吸收耗散掉，从而减小传递到后部泥石流拦挡坝坝体的能量。

进一步地，所述迎流壁面1上沿高度方向间隔设置有若干***水孔4，每排中的所有泄水孔4与蜂窝框架7相通，以便于受泥石流冲击初期将泥石流中含有的大量水排出坝体之外，减小坝体的承压。迎流壁面1上的每个泄水孔4朝外一端高于朝内一端；蜂窝框架中任意六边形孔洞壁与相邻的六边形孔洞壁至少通过一个排水孔连通，这样蜂窝结构内所有孔道都是连通的，便于水量排出。实际设计时，相邻两***水孔之间的间距为2-3m，每***水孔中相邻泄水孔之间的间距为2-3m，且上下***水孔交错布置；最下一***水孔高于迎流壁面最底部0.3m。

在每个泄水孔口部设置过滤装置（金属过滤网），防止泥石流中的杂质堵塞孔道，保证排水通畅。

如果坝体为加筋土结构，这样内部也会存积雨水，为快速排水，保证坝体强度，也可以参照迎流壁面设计，在后部面板上沿高度方向间隔均设置若干***水孔，后部面板上每个泄水孔朝向蜂窝框架的一端低于朝向坝体一端。图4示出了迎流壁面和后部面板均设置泄水孔的结构。

为更好地使进入坝体的积水排走，在缓冲层底部设置一定坡度的过水面（即缓冲层底面或者整个拦挡坝底面沿长度方向为一端高一端低的倾斜状）或者集水沟，并将集水沟与外部排水沟相连。如果设置集水沟，那么蜂窝框架底部应设有底板以避免填充物落入集水沟，底板上设有若干滤水孔，滤水孔的大小使填充物不能通过，积水顺着填充物间隙留下后，然后通过滤水孔流到集水沟，最后由集水沟进入排水沟排出，从而使得泥石流中的水分快速排除至坝体以外。

为便于施工和后期维护，所述迎流壁面由若干相同的迎流壁面单元体6拼接而成，迎流壁面单元体6可以为矩形、丁字形或十字形等形状，便于预先预制现场组装，或者在局部受到泥石流冲击之后进行快速修复。

同样为便于施工，所述蜂窝框架由若干相同的正六边形筒体上下左右拼接形成所需长宽高尺寸，这样便于预先预制现场组装。

所述填充物为砾石或者碎石，这样可以保证良好的间隙和渗水性。

实施例2：上述夹芯式泥石流拦挡坝施工方法，具体步骤如下，

1）预制所需构件：在工厂预先加工好迎流壁面单元体和正六边形筒体，正六边形筒体为组装蜂窝框架的蜂窝单元，以便于根据不同的施工条件在现场进行施工；正六边形筒体为金属材料或者复合材料；迎流壁面单元体为混凝土结构；为了保证蜂窝框架的稳定性以及工作性能，蜂窝单元之间的连接通常采用螺栓连接，根据设计，要求每一个孔位准确，偏差值控制在一定的范围之内。

2）清理拦挡坝所在场地：根据设计要求，平整施工场地，准确定位迎流壁面、缓冲层、后部面板及坝体的施工位置，并清理周围堆积物、松土、块石等。要求场地平整清洁，满足施工要求。

3）先施工形成后部面板，为保证拦挡坝的整体稳定性，后部面板向下延伸入地基一定的深度；后部面板采用预先加工好的混凝土砌块组装而成。

4）根据迎流壁面与后部面板之间的距离，从下至上依次将迎流壁面单元体用砂浆进行砌筑，从而形成需要高度的迎流壁面整体；迎流壁面同样向下延伸入地基一定的深度。

5）在迎流壁面与后部面板之间将蜂窝单元组装成蜂窝框架，并在蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中填充填充物；填充时需压紧夯实，以保证整个缓冲层结构的稳定性。

6）最后在后部面板后面施工形成坝体，由此完成泥石流拦挡坝施工。

在组装迎流壁面和后部面板时，根据预先设计的泄水孔的位置加工出泄水孔并设置过滤网即可。

步骤5）的蜂窝框架根据不同情况可以在现场组装好，然后将组装好的整体的蜂窝框架吊装到迎流壁面与后部面板之间，再填充填充物，这种情况适合蜂窝框架体量比较小的情况。或者由多个蜂窝单元组装成大的单元，然后大的单元再吊装到迎流壁面与后部面板之间并进行连接。如果体量比较大，不方便吊装，可以直接在迎流壁面与后部面板之间组装，组装时，按层从下往上组装，每层的高度为一个蜂窝单元的高度；针对不同的蜂窝单元材料，每层中的任意一个蜂窝单元与相邻的蜂窝单元通过焊接或者螺栓连接；相邻两层的所有蜂窝单元一一正对并通过焊接或者通过连接板由螺栓固定连接；每完成一层蜂窝框架后填充该层对应的填充物，填充时每个蜂窝单元上端预留一定空间，以便于该层蜂窝单元与上一层蜂窝单元连接。

本发明提出的夹芯式拦挡坝，能够有效地吸收、传递和耗散泥石流荷载的冲击能量，此种夹芯式缓冲结构具有优良的能量吸收与耗散能力的蜂窝式夹层，在受到冲击载荷作用后, 冲击物大部分的冲击能量可以被蜂窝夹层结构吸收，传递给后部拦挡坝坝体的载荷小于构件破坏的破坏载荷，使得拦挡坝能够抵抗泥石流荷载的冲击作用，协调坝体在受到泥石流荷载作用下的应力分布，提高拦挡坝的稳定性。

基于此，本拦挡坝结构能够有效的降低坝体的刚度，协调坝后土体的变形，能够有效降低挡墙自量，降低拦挡坝因局部土压力过大而破坏的几率。

由于采用预制单元再组装的方式，本结构在承受泥石流荷载冲击后便于进行整体或者局部的快速修复。

由于蜂窝夹层结构本身具有的孔隙，便于在承受泥石流冲击之后，排出泥石流中的水分，不需要单独在坝体上设置排水孔等排水***，避免因为过度积水而产生溃坝的危险。

本施工方法具有施工速度快、造价低、材料来源广泛等优点。

最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种夹芯式泥石流拦挡坝，包括坝体，其特征在于：在坝体正面设有缓冲结构，所述缓冲结构由迎流壁面、后部面板和位于两者之间的缓冲层构成，所述后部面板与坝体正面相贴合；所述缓冲层由横截面为蜂窝状的蜂窝框架以及填充物构成，所述填充物填充于蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中。

2.根据权利要求1所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：所述迎流壁面上沿高度方向间隔均设置有若干***水孔，每排中的所有泄水孔与蜂窝框架相通；迎流壁面上每个泄水孔朝外一端高于朝内一端；蜂窝框架中任意六边形孔洞壁与相邻的六边形孔洞壁至少通过一个排水孔连通。

3.根据权利要求2所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：相邻两***水孔之间的间距为2-3m，每***水孔中相邻泄水孔之间的间距为2-3m，且上下***水孔交错布置；最下一***水孔高于迎流壁面最底部0.3m。

4.根据权利要求2所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：在每个泄水孔口部设置过滤装置，防止泥石流中的杂质堵塞孔道。

5.根据权利要求1所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：在缓冲层底部设置一定坡度的过水面或者集水沟，并将集水沟与外部排水沟相连，蜂窝框架底部设有底板以避免填充物落入集水沟，底板上设有若干滤水孔。

6.根据权利要求1所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：所述迎流壁面由若干相同的单元体拼接而成，单元体形状为矩形、丁字形或十字形。

7.根据权利要求1所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：所述蜂窝框架由若干相同的正六边形筒体上下左右拼接形成所需长宽高尺寸。

8.根据权利要求1所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：所述填充物为砾石或者碎石。

9.一种夹芯式泥石流拦挡坝施工方法，所述夹芯式泥石流拦挡坝为权利要求1所述的夹芯式泥石流拦挡坝，其特征在于：施工步骤如下，

1）预制所需构件：预先加工好迎流壁面单元体和正六边形筒体，正六边形筒体为组装蜂窝框架的蜂窝单元；正六边形筒体为金属材料或者复合材料；迎流壁面单元体为混凝土结构；

2）清理拦挡坝所在场地：根据设计要求，平整施工场地，准确定位迎流壁面、缓冲层、后部面板及坝体的施工位置，并清理周围堆积物、松土及块石；

3）先施工形成后部面板，后部面板向下延伸入地基一定的深度；后部面板采用预先加工好的混凝土砌块组装而成；

4）根据迎流壁面与后部面板之间的距离，从下至上依次将迎流壁面单元体用砂浆进行砌筑，从而形成需要高度的迎流壁面整体；迎流壁面向下延伸入地基一定的深度；

5）在迎流壁面与后部面板之间将蜂窝单元组装成蜂窝框架，并在蜂窝框架每一个六边形孔洞内以及蜂窝框架与迎流壁面和后部面板的间隙中填充填充物；填充时需压紧夯实，以保证整个缓冲层结构的稳定性；

6）最后在后部面板后面施工形成坝体，由此完成泥石流拦挡坝施工。

10.根据权利要求9所述的夹芯式泥石流拦挡坝施工方法，其特征在于：步骤5）的蜂窝框架在现场组装好，然后将组装好的整体的蜂窝框架吊装到迎流壁面与后部面板之间，再填充填充物；或者直接在迎流壁面与后部面板之间组装，组装时，按层从下往上组装，每层的高度为一个蜂窝单元的高度；每层中的任意一个蜂窝单元与相邻的蜂窝单元通过焊接或者螺栓连接；相邻两层的所有蜂窝单元一一正对并通过焊接或者通过连接板由螺栓固定连接；每完成一层蜂窝框架后填充该层对应的填充物，填充时每个蜂窝单元上端预留一定空间，以便于该层蜂窝单元与上一层蜂窝单元连接。