CN112942259B - 一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构及施工方法，它包括设置在坝体坡面上的面板单元，所述面板单元与坝体坡面之间设置有穿过垫料层和过渡层的横向锚固台座。此柔性面板结构具有很好的防渗效果。

Description

一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构及施工方法
技术领域
本发明专利属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构及施工方法。
背景技术
由于结构简单、施工方便、安全性高、经济性突出等特点，混凝土面板堆石坝在水利水电建设工程中得到了广泛的应用，受到国内外坝工界的青睐。随着理论、设计、施工水平的不断完善与提升，面板堆石坝正朝着高坝大库的方向发展。目前，我国已陆续建设了一批200级面板堆石坝，主要包括水布垭、猴子岩、天生桥等。
现有面板堆石坝主要采用现浇混凝土面板作为坝面防渗结构，工序繁琐、工期较长，施工质量受周边环境和气象条件的影响交大，且面板浇筑过程中或养护期容易产生表面裂缝。此外，混凝土面板属于薄壁、长条刚性构件，在面板与垫料层或混凝土挤压边墙之间脱空的情况下容易产生贯穿性裂缝，破坏大坝防渗体系，威胁大坝安全。
在现有发明专利中，发明申请号201710143012.3公开了一种混凝土面板堆石坝的面板结构，其通过橡胶支座以及支撑墩将面板所受水荷载传递到主堆石区，有效减轻了坝体不均匀沉降造成面板开裂的可能；并通过在面板底面粘贴碳纤维布的方式，在改善面板强度的同时增强其抗渗性能。发明申请号201410615518.6公开了一种橡胶面板堆石坝及其施工方法，其在迎水面自内向外依次为过渡层、干砌石垫层、内泡沫板垫层、橡胶面板防渗层、外泡沫板层和铺盖层，其面板防渗层由多条带状橡胶面板相邻组合而成。发明申请号201710038344.5公开了一种用于面板堆石坝坝面的防渗结构，其主要由热塑性聚烯烃TPO防渗层和锚固层组成，锚固层主要包括横向锚固带及纵向锚固带。
综上，现在普遍采用的混凝土面板容易在浇筑、养护及运营过程中产生裂缝，破坏大坝防渗体系，且其施工工序繁琐、工期较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构及施工方法，此柔性面板结构具有很好的防渗效果。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构，它包括设置在坝体坡面上的面板单元，所述面板单元与坝体坡面之间设置有穿过垫料层和过渡层的横向锚固台座。
所述面板单元采用钢板-混凝土复合结构，包括内混凝土层，所述内混凝土层的内侧设置有防渗钢板，所述防渗钢板的内侧设置有外混凝土层。
所述内混凝土层和外混凝土层均采用聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料。
所述内混凝土层在长、宽方向均较外混凝土层长2a；防渗钢板为薄壁不锈钢板，厚度为1-3mm，其在长、宽方向均较外混凝土层长2b；
所述a为相邻两块面板单元间内混凝土层之间的搭接宽度；
所述b为b为防渗钢板用于搭接的宽度，相邻两块面板单元间防渗钢板板之间的搭接宽度为2b-a；
所述面板单元为工厂预制，采用立模浇筑成型，防渗钢板嵌于内外模之间；相邻面板单元间通过内混凝土层搭接，防渗钢板搭接后焊接并形成防渗钢板焊接缝。
所述内混凝土层包括内混凝土层承口和内混凝土层插口两种结构形式，所述内混凝土层承口和内混凝土层插口的厚度为内混凝土层4厚度的1/2，且长度相等。
所述横向锚固台座采用普通硅酸盐混凝土现场立模浇筑而成，内部布置有钢筋网，并依次穿过坝体的过渡层和垫料层后通过锚索固定在坝体的主堆石区上，其表面与坝体垫料层上表面位于同一平面内。
内混凝土层的内混凝土层承口、防渗钢板和横向锚固台座上均设置有等直径的锚固螺栓孔；所述锚固螺栓孔内部贯穿安装有锚固螺栓。
用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：坝体堆石填筑到相应高程后现场立模浇筑横向锚固台座，并依次穿过过渡层和垫料层后固定在坝体的主堆石区上，固定方式采用锚索固定；
步骤二：横向锚固台座达到设计强度后，按照设计孔径、孔深及间距通过气动手持式钻机施工锚固螺栓孔；
步骤三：在工厂立式浇筑面板单元，并将防渗钢板嵌于浇筑的内外模之间；
步骤四：面板单元达到设计强度后，按照设计孔径、数量及位置在面板单元上预留锚固螺栓孔，并按照设计尺寸对内、外混凝土层进行切割；
步骤五：坝体坡面修整结束后，将面板单元运输至施工现场，检查面板单元质量后进行吊装拼接；相邻面板单元间防渗钢板的搭接宽度为2b-a；相邻面板单元间内混凝土层通过承插形式搭接，搭接宽度为a；
步骤六：待锚固螺栓孔周围四块面板单元均拼接完成后，通过锚固螺栓孔向内混凝土层所围间隙注入环氧树脂，并在环氧树脂硬化前通过锚固螺栓进行锚固；
步骤七：锚固螺栓依次穿过防渗钢板、内混凝土层及横向锚固台座预留锚固螺栓孔后，将面板单元固定在横向锚固台座上；
步骤八：采用电弧焊将相邻面板单元间的防渗钢板沿搭接缝焊接，形成防渗钢板焊接缝，并沿锚固螺栓外缘进行焊接；
步骤九：对相邻面板单元外混凝土层所围间隙进行冲洗和凿毛处理后，用聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料对其进行填充，确保面板外表面平整。
与混凝土面板相比，本发明所提供的适用于面板堆石坝的柔性拼装式面板结构具有如下优点：
1、面板单元的浇筑、切割等可与堆石料的填筑同时进行，省去现场混凝土浇筑与养护等环节，可有效缩短工期；堆石坝面板由许多面板单元吊装、拼接所形成，现场可多班组、分区块同时作业，进一步加快施工进度。
2、面板单元在工厂浇筑预制，每块面板单元的质量可得到有效控制，排除了现场浇筑混凝土时由于施工质量和周边环境所引起非结构性裂缝的可能。
3、由于聚乙烯醇增强超高韧性水泥基复合材料优异的抗拉性能、裂缝控制性能及韧性，拼装式柔性面板可在局部脱空的情况下产生协调变形，显著减小面板产生贯穿性结构裂缝的可能。
4、由于面板单元为钢板-混凝土复合结构，且面板单元间的防渗钢板采用电弧焊焊接，面板防渗结构完整、防渗效果显著，可有效解决混凝土面板因开裂而引起的渗漏问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为坡面锚固支座布置示意图。
图2为面板单元俯视图。
图3为I型面板单元正视图。
图4为II型面板单元正视图。
图5为相邻面板单元连接示意图。
图中：坝体坡面1、面板单元2、横向锚固台座3、内混凝土层4、防渗钢板5、外混凝土层6、锚固螺栓孔7、锚固螺栓8、防渗钢板焊接缝9、内混凝土层承口4-1、内混凝土层插口4-2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-5，一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构，它包括设置在坝体坡面1上的面板单元2，所述面板单元2与坝体坡面1之间设置有穿过垫料层和过渡层的横向锚固台座3。通过采用上述的柔性面板结构，其采用拼装的结构形式，其面板单元2的浇筑、切割等可与堆石料的填筑同时进行，省去现场混凝土浇筑与养护等环节，可有效缩短工期，而且采用预先工厂浇筑，保证了其浇筑质量，进而起到很好的防渗效果；此外，其采用吊装、现场拼接的安装方式，加快了施工进度。
进一步的，所述面板单元2采用钢板-混凝土复合结构，包括内混凝土层4，所述内混凝土层4的内侧设置有防渗钢板5，所述防渗钢板5的内侧设置有外混凝土层6。通过采用上述结构的面板单元2，在保证面板单元结构强度的同时，通过防渗钢板5之间采用电弧焊焊接，面板防渗结构完整、防渗效果显著，可有效解决混凝土面板因开裂而引起的渗漏问题。
进一步的，所述内混凝土层4和外混凝土层6均采用聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料。通过采用上述的聚乙烯醇纤维PVA增强超高韧性水泥基复合材料UHTCC，其具有优异的抗拉性能、裂缝控制性能及韧性，拼装式柔性面板可在局部脱空的情况下产生协调变形，显著减小面板产生贯穿性结构裂缝的可能。
进一步的，所述内混凝土层4在长、宽方向均较外混凝土层6长2a；防渗钢板5为薄壁不锈钢板，厚度为1-3mm，其在长、宽方向均较外混凝土层6长2b；
进一步的，所述a为相邻两块面板单元2间内混凝土层4之间的搭接宽度；
进一步的，所述b为防渗钢板5用于搭接的宽度，相邻两块面板单元2间防渗钢板5板之间的搭接宽度为2b-a。
进一步的，所述面板单元2为工厂预制，采用立模浇筑成型，防渗钢板5嵌于内外模之间；相邻面板单元2间通过内混凝土层4搭接，防渗钢板5搭接后焊接并形成防渗钢板焊接缝9。通过采用工厂预制，每块面板单元的质量可得到有效控制，排除了现场浇筑混凝土时由于施工质量和周边环境所引起非结构性裂缝的可能。
进一步的，所述内混凝土层4包括内混凝土层承口4-1和内混凝土层插口4-2两种结构形式，所述内混凝土层承口4-1和内混凝土层插口4-2的厚度为内混凝土层4厚度的1/2，且长度相等。通过采用上述I型面板单元和II型面板单元结构能够实现面板单元2之间的拼装对接。
进一步的，所述横向锚固台座3采用普通硅酸盐混凝土现场立模浇筑而成，内部布置有钢筋网，并依次穿过坝体的过渡层和垫料层后通过锚索固定在坝体的主堆石区上，其表面与坝体垫料层上表面位于同一平面内。通过上述的横向锚固台座3保证了其能够与
进一步的，内混凝土层4的内混凝土层承口4-1、防渗钢板5和横向锚固台座3上均设置有等直径的锚固螺栓孔7；所述锚固螺栓孔7内部贯穿安装有锚固螺栓8。通过上述的结构形式，保证了整个面板结构固定的可靠性。
实施例2：
用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：坝体堆石填筑到相应高程后现场立模浇筑横向锚固台座3，并依次穿过过渡层和垫料层后固定在坝体的主堆石区上，固定方式采用锚索固定；
步骤二：横向锚固台座3达到设计强度后，按照设计孔径、孔深及间距通过气动手持式钻机施工锚固螺栓孔7；
步骤三：在工厂立式浇筑面板单元2，并将防渗钢板5嵌于浇筑的内外模之间；
步骤四：面板单元2达到设计强度后，按照设计孔径、数量及位置在面板单元2上预留锚固螺栓孔7，并按照设计尺寸对内、外混凝土层进行切割；
步骤五：坝体坡面修整结束后，将面板单元2运输至施工现场，检查面板单元质量后进行吊装拼接；相邻面板单元2间防渗钢板5的搭接宽度为2b-a；相邻面板单元2间内混凝土层4通过承插形式搭接，搭接宽度为a；
步骤六：待锚固螺栓孔7周围四块面板单元2均拼接完成后，通过锚固螺栓孔7向内混凝土层4所围间隙注入环氧树脂，并在环氧树脂硬化前通过锚固螺栓8进行锚固；
步骤七：锚固螺栓8依次穿过防渗钢板5、内混凝土层4及横向锚固台座3预留锚固螺栓孔7后，将面板单元2固定在横向锚固台座3上；
步骤八：采用电弧焊将相邻面板单元间的防渗钢板5沿搭接缝焊接，形成防渗钢板焊接缝9，并沿锚固螺栓8外缘进行焊接；
步骤九：对相邻面板单元2外混凝土层6所围间隙进行冲洗和凿毛处理后，用聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料对其进行填充，确保面板外表面平整。

Claims (3)

1.一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构，其特征在于：它包括设置在坝体坡面（1）上的面板单元（2），所述面板单元（2）与坝体坡面（1）之间设置有穿过垫料层和过渡层的横向锚固台座（3）；
所述面板单元（2）采用钢板-混凝土复合结构，包括内混凝土层（4），所述内混凝土层（4）的内侧设置有防渗钢板（5），所述防渗钢板（5）的内侧设置有外混凝土层（6）；
所述内混凝土层（4）和外混凝土层（6）均采用聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料；
所述内混凝土层（4）在长、宽方向均较外混凝土层（6）长2a；防渗钢板（5）为薄壁不锈钢板，厚度为1-3mm，其在长、宽方向均较外混凝土层（6）长2b；
所述a为相邻两块面板单元（2）间内混凝土层（4）之间的搭接宽度；
所述b为防渗钢板（5）用于搭接的宽度，相邻两块面板单元（2）间防渗钢板（5）板之间的搭接宽度为2b-a；
所述面板单元（2）为工厂预制，采用立模浇筑成型，防渗钢板（5）嵌于内外模之间；相邻面板单元（2）间通过内混凝土层（4）搭接，防渗钢板（5）搭接后焊接并形成防渗钢板焊接缝（9）；
所述内混凝土层（4）包括内混凝土层承口（4-1）和内混凝土层插口（4-2）两种结构形式，所述内混凝土层承口（4-1）和内混凝土层插口（4-2）的厚度为内混凝土层4厚度的1/2，且长度相等；
所述横向锚固台座（3）采用普通硅酸盐混凝土现场立模浇筑而成，内部布置有钢筋网，并依次穿过坝体的过渡层和垫料层后通过锚索固定在坝体的主堆石区上，其表面与坝体垫料层上表面位于同一平面内。
2.根据权利要求1所述一种用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构，其特征在于：内混凝土层（4）的内混凝土层承口（4-1）、防渗钢板（5）和横向锚固台座（3）上均设置有等直径的锚固螺栓孔（7）；所述锚固螺栓孔（7）内部贯穿安装有锚固螺栓（8）。
3.权利要求1-2任意一项所述用于面板堆石坝的拼装式柔性面板结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：坝体堆石填筑到相应高程后现场立模浇筑横向锚固台座（3），并依次穿过过渡层和垫料层后固定在坝体的主堆石区上，固定方式采用锚索固定；
步骤二：横向锚固台座（3）达到设计强度后，按照设计孔径、孔深及间距通过气动手持式钻机施工锚固螺栓孔（7）；
步骤三：在工厂立式浇筑面板单元（2），并将防渗钢板（5）嵌于浇筑的内外模之间；
步骤四：面板单元（2）达到设计强度后，按照设计孔径、数量及位置在面板单元（2）上预留锚固螺栓孔（7），并按照设计尺寸对内、外混凝土层进行切割；
步骤五：坝体坡面修整结束后，将面板单元（2）运输至施工现场，检查面板单元质量后进行吊装拼接；相邻面板单元（2）间防渗钢板（5）的搭接宽度为2b-a；相邻面板单元（2）间内混凝土层（4）通过承插形式搭接，搭接宽度为a；
步骤六：待锚固螺栓孔（7）周围四块面板单元（2）均拼接完成后，通过锚固螺栓孔（7）向内混凝土层（4）所围间隙注入环氧树脂，并在环氧树脂硬化前通过锚固螺栓（8）进行锚固；
步骤七：锚固螺栓（8）依次穿过防渗钢板（5）、内混凝土层（4）及横向锚固台座（3）预留锚固螺栓孔（7）后，将面板单元（2）固定在横向锚固台座（3）上；
步骤八：采用电弧焊将相邻面板单元间的防渗钢板（5）沿搭接缝焊接，形成防渗钢板焊接缝（9），并沿锚固螺栓（8）外缘进行焊接；
步骤九：对相邻面板单元（2）外混凝土层（6）所围间隙进行冲洗和凿毛处理后，用聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料对其进行填充，确保面板外表面平整。
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