一种装配式大坝心墙结构及其施工方法

1.本发明涉及一种装配式大坝心墙结构及其施工方法，属于水利工程技术领域。


背景技术：

2.土石坝具有就地取材、充分利用工程开挖料、坝基适用性好、工程投资省等优点，因此，世界上绝大多数国家中，土石坝占大坝的比例均居首位。我国拦河坝超过 98 000座，其中土石坝占 95%以上。根据《全国水库垮坝登记册》中的溃坝数据统计分析发现，漫顶导致溃坝占51.5%、工程质量问题导致溃坝占38.5%，因此漫顶和工程质量是导致土石坝溃坝的主要因素。从事故成因看，溃坝的主要原因是由于极端强降雨导致的超标准洪水，水库泄洪能力无法满足超标准洪水泄洪要求。尽管现在水库运行管理的水平已经大幅提升，但大坝溃决仍时有发生。
3.从大量的土石坝溃坝或出险事故来看，张士辰认为土石坝自身具备抵御洪水漫顶能力的新型坝顶、护坡及排水型式，这对提高面广量大小型水库抵御超标准洪水能力、降低洪水漫顶溃坝概率具有重大意义。
4.因此，如何提高土石坝的抗溃决能力是降低土石坝溃坝的关键措施之一。
5.现有大坝黏土心墙容易发生事故，比如：渗透破坏、接触冲刷、沉降裂缝、冲刷破坏等，心墙一旦出现问题容易导致大坝渗漏异常、变形异常，甚至坝体溃决；同时现有心墙在填筑时，对黏土的质量、含水率、碾压设备和次数要求很高很严，给施工带来不少的困难。沥青混凝土心墙具有防渗性能好，适应变形能力强，与河床及两岸混凝土底座易于连接的优势，但仍然存在施工工序较为复杂，受气候影响明显，心墙受力复杂，容易开裂的不足。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对这些问题，提出一种装配式大坝心墙结构及其施工方法，可以从根本上解决大坝心墙容易出现渗漏破坏、漫顶溃决、坝坡稳定性不足的问题，大幅提高心墙的安全性能，降低溃坝的概率，同时提高施工效率。
7.本发明采用的技术方案是：一种装配式大坝心墙结构，包括素混凝土垫层1、橡胶黏土砌块心墙2、坝基廊道3、坝顶混凝土保护层6、l形防浪墙7、过渡层8、堆石料9，坝基下方设有坝基防渗帷幕4、坝基固结灌浆孔5，素混凝土垫层1浇筑在坝基之上，素混凝土垫层1上浇筑坝基廊道3，坝基廊道3上方砌筑橡胶黏土砌块心墙2，橡胶黏土砌块心墙2的上、下游均填筑过渡层8和堆石料9，橡胶黏土砌块心墙2顶部浇筑坝顶混凝土保护层6，坝顶上游侧设置l形防浪墙7，l形防浪墙7底面浇筑在橡胶黏土砌块心墙2的顶部，橡胶黏土砌块心墙2由多层内外搭接、上下错缝的砌块砌筑而成，相邻砌块之间通过橡胶粘合剂连接，橡胶黏土砌块心墙2整体横剖面上呈复式梯形状，上、下游坝面均为台阶状斜面。
8.具体地，橡胶黏土砌块心墙2的砌块包括结构相同的砌块标准件20和1/2砌块标准件21，1/2砌块标准件21的面积为砌块标准件20的1/2；砌块标准件20采用四棱柱形且采用橡胶外盒201、橡胶内盒202相互嵌套而形成整
体，橡胶内盒202里面填筑碎石黏土207，橡胶外盒201盖在橡胶内盒202上面，橡胶内盒202压入橡胶外盒201里面，橡胶内盒202的侧面外表面上涂有橡胶粘合剂，橡胶外盒201的上底面设置凹下的键槽203，键槽203的尺寸大小与橡胶内盒202下底面的键齿204形状、尺寸完全相同，键槽203和键齿204的横截面为圆形，在砌块标准件20上、下底面分别对称均匀布置，键槽203的侧面对称设置滑槽206，深度延伸至键槽203的底部，键槽203的底部设置卡槽205，卡槽205呈圆环形，内半径与键槽203半径一致。
9.优选地，所述砌块标准件20、1/2砌块标准件21内部的碎石黏土207采用碎石和黏土按照质量比1.5:1~1:1进行拌和，并洒适量水进行振捣密实。
10.优选地，所述砌块标准件20、1/2砌块标准件21的橡胶外盒201、橡胶内盒202的盒壁采用0.5~1cm厚的高强度橡胶制作。
11.优选地，所述坝基廊道3采用钢筋混凝土结构，截面为门洞形，坝基廊道3与橡胶黏土砌块心墙2之间充填混凝土，坝基廊道3边墙和顶拱间隔设置排水孔。
12.优选地，橡胶黏土砌块心墙2坝体坝肩与山体可通过现浇混凝土连接。
13.优选地，防浪墙7为l形。
14.优选地，底层素混凝土垫层1上、下游侧分别设置1~2米深的齿墙。
15.一种装配式大坝的施工方法，包括如下步骤：s1、清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；s2、施工固结灌浆孔5对坝基进行固结灌浆；s3、在坝基上浇筑素混凝土垫层1；s4、在施工好后的混凝土垫层1上，施工坝基廊道3，门洞形截面；s5、橡胶黏土砌块心墙2砌筑时，分层砌筑，每2~4m为一层，每层砌块完成砌筑后，即可在橡胶黏土砌块心墙2的上下游侧填筑过渡层8和堆石料9，到施工到这一层砌块的施工高程后，再施工下一层橡胶黏土砌块心墙2，以此循环直至坝顶；s6、当坝体砌筑到设定高度后，就可同时施工坝基防渗帷幕4；s7、当坝体施工到设计高程后，再浇筑坝顶混凝土保护层6及l形防浪墙7，防浪墙7底面浇筑在橡胶黏土砌块心墙2的顶部。
16.具体地，s1之前还包括如下步骤：浇筑砌块标准件20和1/2砌块标准件21：先在橡胶内盒202里面填筑碎石黏土207，并振捣密实，然后再把橡胶外盒201盖在橡胶内盒202上面，并将橡胶内盒202压入橡胶外盒201里面，形成棱柱体，在橡胶内盒202向橡胶外盒201压入前，在橡胶内盒202的侧面外表面上涂上橡胶粘合剂，确保橡胶外壳201和橡胶内壳202粘贴紧密，形成一个完整的整体。
17.本发明的有益效果是：（1）橡胶黏土砌块心墙的外层为橡胶层，橡胶的抗冲刷能力强，不会出现管涌和接触冲刷，可大大提高心墙的安全性能，大幅降低溃坝概率。同时橡胶的渗透性也很小，使得心墙的渗透性也会大幅降低，即使砌块心墙存在大量的接缝，但是由于在砌块自身的重力、水压力、堆石压力作用下，可以压实接缝，使得接缝的渗透性很小。
18.（2）橡胶黏土砌块心墙内部填筑密实的碎石黏土，其抗压强度较一般黏土要高，因此坝体沉降更低，产生裂缝的概率更低。
19.（3）砌块标准件和1/2砌块标准件的制作可在厂棚内进行，不受天气影响，可以确
保振捣的密实程度。砌块标准件和1/2砌块标准件可提前进行制作，提高施工效率。砌块标准件和1/2砌块标准件的砌筑基本不需碾压，受天气影响小，吊装施工速度更快、更方便。
20.（4）橡胶黏土砌块心墙坝体结构简单，也可提高施工速度。
21.（5）砌块标准件和1/2砌块标准件中的碎石黏土可以利用大坝修建过程中形成的碎石和黏土拌和振捣密实后形成，可提高建筑材料的利用率，减少碎石的排放，变废为宝。
附图说明
22.图1为本发明的典型坝段横剖面示意图；图2为本发明的砌块标准件示意图；图3为本发明的1/2砌块标准件示意图；图4为本发明的橡胶外盒示意图；图5为本发明的橡胶内盒示意图；图6为本发明的橡胶外盒顶面示意图；图7为本发明的砌块标准件剖面示意图。
23.图中各标号为：素混凝土垫层1、橡胶黏土砌块2、坝基廊道3、防渗帷幕4、坝基固结灌浆孔5、坝顶混凝土保护层6、l形防浪墙7、过渡层8、堆石料9、砌块标准件20、1/2砌块标准件21、橡胶外盒201、橡胶内盒202、键槽203、键齿204、卡槽205、滑槽206、碎石黏土207。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
25.实施例1：如图1-7所示，一种装配式大坝心墙结构，包括素混凝土垫层1、橡胶黏土砌块心墙2、坝基廊道3、坝顶混凝土保护层6、l形防浪墙7、过渡层8、堆石料9，坝基下方设有坝基防渗帷幕4、坝基固结灌浆孔5，素混凝土垫层1浇筑在坝基之上，素混凝土垫层1上浇筑坝基廊道3，坝基廊道3上方砌筑橡胶黏土砌块心墙2，橡胶黏土砌块心墙2的上、下游均填筑过渡层8和堆石料9，橡胶黏土砌块心墙2顶部浇筑坝顶混凝土保护层6，坝顶上游侧设置l形防浪墙7，l形防浪墙7底面浇筑在橡胶黏土砌块心墙2的顶部，橡胶黏土砌块心墙2由多层内外搭接、上下错缝的砌块砌筑而成，相邻砌块之间通过橡胶粘合剂连接，橡胶黏土砌块心墙2整体横剖面上呈复式梯形状，上、下游坝面均为台阶状斜面。
26.进一步地，橡胶黏土砌块心墙2的砌块包括结构相同的砌块标准件20和1/2砌块标准件21，1/2砌块标准件21的面积为砌块标准件20的1/2；所述砌块标准件20采用四棱柱形，尺寸可取2.0m
×
2.0m
×
2.0m，砌块标准件20采用橡胶外盒201、橡胶内盒202相互嵌套而形成整体，在橡胶内盒202里面填筑碎石黏土207，并振捣密实，然后再把橡胶外盒201盖在橡胶内盒202上面，并将橡胶内盒202压入橡胶外盒201里面，形成棱柱体。在橡胶内盒202向橡胶外盒201压入前，在橡胶内盒202的侧面外表面上涂上橡胶粘合剂，确保橡胶外壳201和橡胶内壳202粘贴紧密，形成一个完整的整体。
27.在橡胶外盒201的上底面设置凹下的键槽203，共4个，键槽尺寸大小与橡胶内盒202下底面的键齿204形状、尺寸完全相同，可以相互嵌套。键槽203和键齿204的横截面为圆形，截面的上、下底边直径可取0.2m，深度或高度可取0.2m，在上、下底面分别对称均匀布
置。在键槽203的侧面对称设置滑槽206，宽度可取0.1m，深度延伸至键槽203的底部，在键槽203的底部设置卡槽205，卡槽205呈圆环形，内半径与键槽半径一致，外半径可取0.2m，高度可取0.1m。卡槽205用于橡胶黏土砌块吊装时提供反力。
28.橡胶黏土砌块心墙2主要由砌块标准件20砌筑，但边角等一些位置小的地方用1/2砌块标准件21砌筑。
29.进一步地，所述砌块标准件20、1/2砌块标准件21内部的碎石黏土207可采用碎石和黏土按照质量比1.5:1~1:1进行拌和，并洒适量水进行振捣密实。
30.进一步地，所述砌块标准件20、1/2砌块标准件21的橡胶外盒201、橡胶内盒202的盒壁采用0.5~1cm厚的高强度橡胶制作。
31.进一步地，所述坝基廊道3采用普通钢筋混凝土结构，尺寸可取2.5m
×
3.5m，截面为门洞形，坝基廊道3与橡胶黏土砌块心墙2之间充填混凝土，坝基廊道3边墙和顶拱间隔设置排水孔。
32.进一步地，橡胶黏土砌块心墙2坝体坝肩与山体可通过现浇混凝土连接。
33.进一步地，l形防浪墙7，高度可取1.2m，厚度可取0.3m。坝顶混凝土保护层6的厚度可取0.2m。
34.进一步地，底层的素混凝土垫层1直接浇筑在坝基上，厚度可取2~4m，在素混凝土垫层1上、下游侧分别设置1~2米深的齿墙，提高底层素混凝土垫层1的抗滑稳定性。
35.一种装配式大坝心墙的施工方法，包括如下步骤：s1、清基，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层；s2、施工固结灌浆孔5对坝基进行固结灌浆；s3、在坝基上浇筑素混凝土垫层1；s4、在施工好后的混凝土垫层1上，施工坝基廊道3，门洞形截面；s5、橡胶黏土砌块心墙2砌筑时，分层砌筑，每2~4m为一层，每层砌块完成砌筑后，即可在橡胶黏土砌块心墙2的上下游侧填筑过渡层8和堆石料9，施工到这一层砌块的施工高程后，再施工下一层橡胶黏土砌块心墙2，以此循环直至坝顶；s6、当坝体砌筑到设定高度后，就可同时施工坝基防渗帷幕4；s7、当坝体施工到设计高程后，再浇筑坝顶混凝土保护层6及防浪墙7，防浪墙7底面浇筑在橡胶黏土砌块心墙2的顶部。
36.具体地，s1之前还包括如下步骤：浇筑砌块标准件20和1/2砌块标准件21：先在橡胶内盒202里面填筑碎石黏土207，并振捣密实，然后再把橡胶外盒201盖在橡胶内盒202上面，并将橡胶内盒202压入橡胶外盒201里面，形成棱柱体，在橡胶内盒202向橡胶外盒201压入前，在橡胶内盒202的侧面外表面上涂上橡胶粘合剂，确保橡胶外壳201和橡胶内壳202粘贴紧密，形成一个完整的整体。
37.本发明橡胶黏土砌块心墙2利用大坝施工过程中产生的废石料，与黏土拌和后，再装入橡胶盒子内，振捣密实后再将盒子密封，形成砌块标准件20和1/2砌块标准件21；然后利用砌块标准件20和1/2砌块标准件21砌筑心墙。砌块标准件20和1/2砌块标准件21具有高压强度高、抗冲刷能力强、渗透性低的优势，因此橡胶黏土砌块心墙2从根本上解决现有大坝心墙容易出现渗漏破坏，漫顶溃决，坝坡稳定性不足，大幅提高心墙的安全性能，降低溃坝的概率的问题，同时提高施工效率。
38.以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。