一种碾压混凝土坝的层面止水结构

1.本实用新型涉及混凝土坝的层面止水结构，尤其涉及一种有效解决碾压混凝土坝层面间渗水的层面止水结构，属于水工建筑物混凝土领域。


背景技术：

2.碾压混凝土坝(rcc)是目前主流的重力坝坝型之一，其施工技术是运用土石坝施工过程中的碾压技术，采用自卸汽车或皮带运输机将无坍落度的干硬性贫混凝土运至仓面，以推土机平仓，分层填筑压实成坝。
3.振动碾压后的混凝土具有类似常态混凝土特点，使得整个坝段防渗能力较强。而分层填筑的施工方法会使相邻坝层面之间的接合缝产生较为严重的渗漏问题，其原因在于：相邻层面之间的接合缝为平面接触结合，上下两层混凝土填筑时间上的差异使其无法充分混合胶结，从而使接合缝处的透水性较强；同时，碾压混凝土坝施工过程中往往伴随振动碾压，振动作用使得接合缝间铺设的砂浆胶结力破坏，呈疏松状态，从而大大降低其防渗能力。
4.目前工程中常用的方法有将碾压混凝土坝上游面坝前的变态混凝土换做常态混凝土，采用“金包银”的方式，利用完整的常态混凝土坝面阻水；也有将相邻层面中填充聚氨酯类的发泡材料，发泡材料遇水膨胀后也能够达到一定的防渗能力。
5.但坝前的防渗混凝土体积较大、成本较高，且其与碾压混凝土坝间的结合力较差，防渗混凝土初凝后，经过振动碾压，防渗混凝土墙易出现裂缝，仍然会导致层间渗水；发泡材料在长期浸水的情况下，体积增加过大会对碾压混凝土层有较强的压力作用，最终导致碾压混凝土产生较多裂缝，则渗漏情况更为剧烈。现急需开发一种成本低、防渗效果好的碾压混凝土坝的层面止水结构。


技术实现要素：

6.发明目的：本实用新型的目的是提供一种用以有效解决碾压混凝土坝层面间渗水的层面止水结构。
7.技术方案：为实现以上目的，本实用新型提供了一种碾压混凝土坝的层面止水结构，所述层面止水结构包括在每层混凝土层面顶部的层面间止水槽及溶胀型止水结构，所述溶胀型止水结构放入层面间止水槽内；所述溶胀型止水结构包括层面膨胀剂、水溶性保护层、胶质止水体；所述膨胀剂外包裹一层水溶性保护层，所述水溶性保护层设置在靠近水流渗透方向的胶质止水体的端部。
8.进一步地，所述溶胀型止水结构还包括压力释放孔，所述压力释放孔设置在胶质止水体的腹部。
9.进一步地，所述压力释放孔内部设有有刚性支架的空心铝管，其作用是防止膨胀剂过度膨胀，使得胶质止水体挤压力过大而破坏混凝土层面间粘结使得层间缝过度扩张。
10.进一步地，所述层面间止水槽的断面形状为矩形。
11.进一步地，所述层面间止水槽与碾压混凝土坝轴线平行，横穿整个碾压混凝土坝面。
12.进一步地，所述膨胀剂为聚氨酯类材料或mgo，遇水能够产生明显体积变形。
13.进一步地，所述膨胀剂为胶状或块状，与外界无直接接触。
14.进一步地，所述水溶性保护层为水溶性高分子材料，常温下遇水能够缓慢溶解，一般遇水1-2d后完全溶解。所述水溶性保护层为膨胀剂与外界的间隔，作用是防止膨胀剂在施工过程中发生倾洒、破坏，或在上层混凝土浇筑过程中与水泥砂浆发生反应。
15.进一步地，所述水溶性高分子材料为羧甲基淀粉、羟甲基纤维素或羧甲基纤维素。
16.进一步地，所述胶质止水体为硅胶质高分子材料、天然橡胶或氯丁橡胶，所述胶质止水体弹性模量较小而泊松比较大，受力产生变形的能力较强，但体积变形极小。
17.进一步地，所述胶质止水体半包裹水溶性保护层，在层面间止水槽开设完毕后铺设于槽内，所述胶质止水体略高于已铺设层面。
18.进一步地，当所述膨胀剂过度膨胀使得胶状止水体对外挤压力过大时，胶状止水体可挤压压力释放孔，使得铝管内刚性支架缓慢屈服，铝管受压发生形变，从而膨胀剂可填充压力释放孔，体积变形得以释放，胶状止水体的挤压力也因此降低，防止层间缝发生扩张。
19.有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.(1)本实用新型利用了胶质止水体与膨胀剂的联合止水作用，以致密的胶质止水体作为止水主体，以膨胀剂作为提供止水压力的源头，使得整体在不产生过大体积变化的同时，对周围混凝土施加较大挤压压强δp，以平衡库水深较大时渗透水流的渗透压强pw，达到δp≥pw的效果，以彻底阻断水流渗透.
21.(2)本实用新型中采用了膨胀剂的保护措施，保证了施工的可操作性，防止了膨胀剂因施工中操作不当而失去止水效果或在施工期与水泥砂浆发生反应而对刚浇筑混凝土的破坏。
22.(3)本实用新型中采用了压力释放孔的设计，压力释放孔开设于胶质止水体内部，孔内埋设一铝管，铝管内架立有刚性支架。施工期埋设于胶质止水体内部，假设铝管内刚性支架受压发生屈服的压强为pn，层间缝受挤压力而扩张的临界压强为pk，则压力释放孔受压破坏压强范围为pw≤pn≤pk，因而在达到压力释放孔破坏压强时，胶质止水体可破坏压力释放孔，使胶状止水体体积变形得以缓和，从而保护周围混凝土，防止层间缝扩张使得渗漏问题更加严重。
附图说明
23.图1为本实用新型的施工位置示意图；
24.图2为本实用新型的溶胀型层面止水结构示意图；
25.图3为碾压混凝土坝层间缝问题示意图；
26.图4为本实用新型的初期溶胀型层面止水结构工作示意图；
27.图5为本实用新型的后期溶胀型层面止水结构工作示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
29.实施例1
30.如图1-2所示，本发明所述一种碾压混凝土坝的层面止水结构，在下层混凝土浇筑完毕后，混凝土层面顶部开挖层面间止水槽101。将溶胀型止水结构2放入层面间止水槽101内。层面间止水槽101开设于每一相邻层面之间，位置靠近上游，方向平行于碾压混凝土坝轴线，长度贯穿碾压混凝土坝轴线。溶胀型止水结构2包括层面膨胀剂201、水溶性保护层202、胶质止水体203、压力释放孔204。固体膨胀剂201由水溶性保护层202包裹，设置于靠近水流渗透方向胶质止水体203端部，压力释放孔204开设于胶状止水体203腹部，压力释放孔204内有一铝管，铝管内架立有刚性支架，采用钢架结构，溶胀型止水体结构2高于下部混凝土层面，高出部分高度与止水槽深度相同，待得此步骤结束后即可开始上层碾压混凝土的施工。其中，膨胀剂201使用聚氨酯类材料，水溶性保护层202使用羟甲基纤维素，胶质止水体203使用天然橡胶。
31.如图3所示，当碾压混凝土坝正式投入运行后，由于层间缝上游侧水头h1较高，下游侧水头h2较低甚至无水，则会在层间缝中产生一明显渗流通道，使得坝体承受较大的扬压力从而影响其抗滑稳定性。
32.如图4-5所示，在发生层间缝渗漏时，溶胀型止水结构即可发挥作用。首先，水溶性保护层202遇水溶解，膨胀剂201外露与水充分反应产生明显体积变形挤压胶质止水体。膨胀剂201体积膨胀导致胶质止水体203发生变形，但由于其弹性模量较小且泊松比较大，胶质止水体形状改变填补止水槽内空隙，对周围混凝土产生较大的挤压压强δp，从而能够平衡水深较深时渗透水流的渗透压强pw，达到抑制渗流的作用。
33.由于聚氨酯类材料特性，遇水时间长易膨胀过度，除控制用量外，本实用新型还设计了混凝土的保护装置。当膨胀剂201膨胀过度时，使得胶质止水体203对外压强过大，为防止破坏周围混凝土，设计一压力释放孔204，其内部刚性支架屈服压强pn介于混凝土层面间扩张压强pk和水流渗透压强pw之间。因而当膨胀剂201过度膨胀使胶状止水体203对外挤压力过大时，胶状止水体203可挤压压力释放孔204，使得铝管内刚性支架缓慢屈服，铝管受压发生形变，从而膨胀剂201可填充压力释放孔204，体积变形得以释放，胶状止水体203的挤压力也因此降低。即在胶质止水体203破坏混凝土层内间粘结之前释放其压力，从而防止出现层间缝张开使得渗漏更为严重的现象。