沥青混凝土面板堆石坝布置结构及施工方法与流程

1.本发明涉及水库挡水工程领域，具体涉及一种沥青混凝土面板堆石坝布置结构及施工方法。


背景技术：

2.沥青混凝土具有优异的防渗性能和变形性能，被作为防渗结构普遍用于挡水工程中，如沥青混凝土面板和沥青混凝土心墙。目前沥青混凝土心墙坝技术较为成熟，应用广泛。但是沥青混凝土面板由于其与基础防渗结构的连接型式比较特殊，目前仅在全库盆防渗结构中有所应用，尚未有独立的沥青混凝土面板堆石坝的研究与应用。研究一种不依赖于库周沥青混凝土面板的独立布置沥青混凝土面板堆石坝需要解决两个技术难题。一是解决沥青混凝土面板与两岸非水平趾板的防渗连接问题；二是解决坝体两端沥青混凝土面板尖灭区的防渗连接问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的不足，本发明的第一个目的在于提供沥青混凝土面板堆石坝布置结构。本发明采用圆弧过渡连接的方案和坝体两端挤压型接头方案，解决沥青混凝土面板与两岸的连接问题和端部沥青混凝土面板尖灭区的防渗连接问题，使沥青混凝土面板与两岸山体形成封闭的防渗体系，形成一种独立的沥青混凝土面板堆石坝结构。
4.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
5.沥青混凝土面板堆石坝布置结构，其特征在于：堆石坝的堆石体上游面采用沥青混凝土面板防渗，沥青混凝土面板由下至上划分为底部圆弧段、平面段和顶部圆弧段；所述堆石坝两岸及河床部位的基础采用固结和帷幕灌浆进行基础防渗处理，固结和帷幕灌浆与沥青混凝土面板之间采用混凝土结构连接，底部圆弧段末端的搭接段(底部圆弧段与混凝土结构之间滑移式防渗搭接部件)与混凝土结构之间采用滑移式防渗搭接连接型式进行连接；所述堆石坝在两岸低水头段的坝顶两端部设置挡水和防渗封闭结构，挡水和防渗封闭结构与底部圆弧段、顶部圆弧段挤压连接，挡水和防渗封闭结构与底部圆弧段、顶部圆弧段的连接区域划分为挤压型接头区。
6.进一步的：所述底部圆弧段采用反弧过渡方式，底部圆弧段末端采用搭接段的防渗层搭接于混凝土结构上表面，底部圆弧段末端的搭接段表面与混凝土结构搭接部位表面平行设置。
7.进一步的：所述底部圆弧段末端的搭接段与平面段的夹角保持定值或非定值；所述底部圆弧段末端的搭接段与平面段的夹角为非定值时，遵循夹角大小与对应部位水头大小成正比的关系，并均匀过渡。
8.进一步的：所述底部圆弧段末端的搭接段与平面段的夹角以及所述的反弧过渡采取以下三种空间关系中的其中一种空间关系计算控制：
9.1、夹角及圆弧以垂直坝轴线方向控制；
10.2、夹角及圆弧以垂直于趾板水平面投影线方向控制；
11.3、夹角及圆弧以垂直于趾板线方向控制。
12.进一步的：所述沥青混凝土面板包括沥青混凝土整平胶结层、沥青混凝土防渗层，所述底部圆弧段的沥青混凝土防渗层下部设置聚酯网格加厚层，底部圆弧段非搭接段下部的聚酯网格加厚层与沥青混凝土整平胶结层之间设置沥青砂浆锲形体。
13.进一步的：所述堆石坝的坝体填筑分区自上游至下游依次为特殊垫层料区、垫层料区、过渡料区、主堆石区和次堆石料区，所述特殊垫层料区处于底部圆弧段的下部区域。
14.进一步的：所述沥青混凝土面板包括沥青混凝土整平胶结层、沥青混凝土防渗层；所述挤压型接头区的沥青混凝土防渗层下部设置聚酯网格加厚层，聚酯网格加厚层与沥青混凝土整平胶结层之间设置细石富沥青混凝土楔形体，细石富沥青混凝土楔形体与聚酯网格加厚层、挡水和防渗封闭结构之间设置塑性填料。
15.进一步的：所述挤压型接头区在沥青混凝土面板和细石富沥青混凝土楔形体的下方挤压设置特殊垫层料区。
16.进一步的：所述混凝土结构的空间转弯部位采用圆弧过渡，圆弧转弯半径与转角大小、转弯部位水头成正向关系。
17.一种沥青混凝土面板堆石坝布置结构的施工方法，采用上述所述的沥青混凝土面板堆石坝布置结构，其特征在于，包括如下步骤：
18.s1：根据设计要求开挖所述堆石坝两岸及河床部位的基础面；
19.s2：浇筑混凝土结构、堆石坝顶端部挡水和防渗封闭结构，并进行基础的固结和帷幕灌浆；
20.s3：按照坝体分区填筑坝体，至堆石坝顶防浪墙的底高程；填筑过程中每隔10～15m进行一次坝面修整，修整的内容包括按设计结构线整形、斜坡碾压，喷涂乳化沥青并铺设防雨水冲刷的土工布；
21.s4：修建坝顶防浪墙和坝顶填筑区及路面；
22.s5：沥青混凝土施工准备，拆除坝体表面防护层，对表面进行修补，补喷乳化沥青；
23.s6：对混凝土结构连接部位的混凝土进行检查和处理，消除可能导致沥青混凝土面板应力集中的尖角；
24.s7：在与混凝土结构搭接部位的特殊垫层料区的垫层面上依次铺设并碾压沥青混凝土整平胶结层和沥青砂浆锲形体、聚酯网格加厚层、沥青混凝土防渗层；在挤压型接头区的垫层料区的垫层面上依次铺设并碾压沥青混凝土整平胶结层、细石富沥青混凝土楔形体、塑性填料、聚酯网格加厚层、沥青混凝土防渗层。
25.s8：沥青混凝土防渗层表面涂刷沥青玛蹄脂封闭层，沥青混凝土防渗层与各混凝土结构的接头部位预留的三角形缺口，并在沥青混凝土防渗层与各混凝土结构的接头部位预留的三角形缺口部位填塞玛蹄脂。
26.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
27.本发明采用圆弧过渡连接的方案和坝体两端挤压型接头方案，解决沥青混凝土面板与两岸的连接问题和端部沥青混凝土面板尖灭区的防渗连接问题，使沥青混凝土面板与两岸山体形成封闭的防渗体系，形成一种独立的沥青混凝土面板堆石坝结构。
28.本发明相比于钢筋混凝土面板堆石坝，沥青混凝土面板堆石坝适应变形能力更
强，可以提高面板堆石坝不良地形地质条件的适应能力，降低工程投资；沥青混凝土面板无需设置结构缝，防渗性能强于钢筋混凝土面板；相比现有的沥青混凝土心墙坝，沥青混凝土面板堆石坝的防渗结构位于表面，利于运行期的检修。
附图说明
29.图1为本发明坝体平面布置图。
30.图2为本发明坝体的典型结构图。
31.图3为本发明沥青混凝土面板与混凝土结构的连接详图。
32.图4为本发明沥青混凝土面板与坝顶防浪墙连接详图。
33.图5为本发明坝顶区两岸沥青混凝土面板与挡水和防渗封闭结构连接详图。
34.图6为图3的a处局部放大图。
35.附图标记：2、混凝土结构；3、固结和帷幕灌浆；4、特殊垫层料区；5、垫层料区；6、过渡料区；7、主堆石区；8、次堆石料区；9、坝顶防浪墙；10、坝顶填筑区及路面；11、挡水和防渗封闭结构；12、沥青混凝土防渗层；13、沥青混凝土整平胶结层；14、聚酯网格加厚层；15、沥青砂浆锲形体；16、细石富沥青混凝土楔形体；17、塑性填料；18、顶部圆弧段；19、平面段；20、底部圆弧段；21-搭接段。
具体实施方式
36.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
37.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
38.如图1至6所示，沥青混凝土面板堆石坝布置结构，堆石坝的堆石体上游面采用沥青混凝土面板防渗，沥青混凝土面板由下至上划分为底部圆弧段20、平面段19和顶部圆弧段18；所述堆石坝两岸及河床部位的基础采用固结和帷幕灌浆3进行基础防渗处理，固结和帷幕灌浆3与沥青混凝土面板之间采用混凝土结构2连接，底部圆弧段20末端采用搭接段21(底部圆弧段与混凝土结构之间滑移式防渗搭接部件)与混凝土结构2之间采用滑移式防渗搭接连接型式进行连接；所述堆石坝在两岸低水头段的坝顶两端部设置挡水和防渗封闭结构11，挡水和防渗封闭结构11与底部圆弧段20、顶部圆弧段18挤压连接，挡水和防渗封闭结构11与底部圆弧段20、顶部圆弧段18的连接区域划分为挤压型接头区。
39.挡水和防渗封闭结构11为混凝土挡墙，混凝土结构2为趾板或廊道，趾板或廊道采用锚筋锚固于基础面。所述固结和帷幕灌浆3与底部圆弧段20之间设置趾板或廊道作为防渗连接结构，形成独立、防渗封闭的沥青混凝土面板堆石坝。堆石坝上游面坡比为受沥青混凝土摊铺和碾压技术控制，一般为1:1.7～1:1.8，堆石坝下游坡比根据坝体稳定和土石方平衡要求进行设计。
40.所述底部圆弧段20采用反弧过渡方式，底部圆弧段20末端采用搭接段21搭接于混
凝土结构2上表面，底部圆弧段20末端的搭接段21表面与混凝土结构2搭接部位表面平行设置。反弧的半径根据坝高、变形条件等综合考虑。
41.顶部圆弧段18与坝顶防浪墙9进行连接，顶部圆弧段18顶部高程高于正常蓄水位，并满足土石坝相关设计规范要求。
42.趾板或廊道应避免大角度的转折。对于地形条件限制，转折角度较大的区域，应增设转折段，缓解单点转折过大带来的面板局部应力集中的问题。
43.所述底部圆弧段20末端的搭接段21与平面段19的夹角保持定值(夹角为149.5
°
～150.9
°
；对应平面段19坡比1:1.7～1:1.8)；所述底部圆弧段20末端的搭接段21与平面段19的夹角为非定值时，遵循夹角大小与对应部位水头大小成正比的关系，并均匀过渡。使底部搭接部位及其周边区域应力均匀过渡，避免出现应力集中的现象，改善面板的运行状态。
44.所述底部圆弧段20末端的搭接段21与平面段19的夹角以及所述的反弧过渡采取以下三种空间关系中的其中一种空间关系计算控制：
45.1、夹角及圆弧以垂直坝轴线方向控制；
46.2、夹角及圆弧以垂直于趾板水平面投影线方向控制；
47.3、夹角及圆弧以垂直于趾板线方向控制。
48.所述沥青混凝土面板包括沥青混凝土整平胶结层13、沥青混凝土防渗层12，所述底部圆弧段20的沥青混凝土防渗层12下部设置聚酯网格加厚层14，底部圆弧段20非搭接段22下部的聚酯网格加厚层14与沥青混凝土整平胶结层13之间设置沥青砂浆锲形体15。所述平面段19和顶部圆弧段18以及底部圆弧段20非楔形体4区域的沥青混凝土防渗层12设置于沥青混凝土整平胶结层13的外表面。
49.所述堆石坝的坝体填筑分区自上游至下游依次为特殊垫层料区4、垫层料区5、过渡料区6、主堆石区7和次堆石料区8，通过逐步过渡的填筑料，改善面板的工作条件，同时达到堆石筑坝的高效性和经济性。所述特殊垫层料区4处于底部圆弧段20的下部区域。堆石坝自上游向下游填筑体的变形模量逐渐递减，渗透系数逐渐增大。特殊垫层料由微风化～新鲜的硬岩轧制而成的级配良好的石渣料，最大颗粒直径不大于40mm，薄层碾压填筑，碾压层厚20cm。该层压缩模量较大，至于沥青混凝土面板与混凝土结构搭接部位的下游侧，可以有效减小该部位沥青混凝土面板不均匀变形，降低面板拉应力。
50.所述沥青混凝土面板包括沥青混凝土整平胶结层13、沥青混凝土防渗层12；所述挤压型接头区的沥青混凝土防渗层12下部设置聚酯网格加厚层14，聚酯网格加厚层14与沥青混凝土整平胶结层13之间设置细石富沥青混凝土楔形体16，细石富沥青混凝土楔形体16与聚酯网格加厚层14、挡水和防渗封闭结构11之间设置塑性填料17。挡水和防渗封闭结构11与混凝土结构2之间采用止水防渗。
51.所述挤压型接头区在沥青混凝土面板和细石富沥青混凝土楔形体16的下方挤压设置特殊垫层料区4。
52.挤压型接头区采用细石富沥青混凝土填筑形成楔形体，与侧面混凝土挡墙、表面的沥青混凝土防渗层12之间设置sr塑性填料，在水压作用下，青混凝土防渗层12表面发生沉陷变形，与斜向坝体内设置的挡墙墙面形成挤压，进一步增强接触面的防渗效果，对于存在水平张拉变形的，可进通过调整挡墙斜向坝内的坡度予以适应。该接头在低水头段，在满足防渗功能的条件下，可以满足接头部位沉降变形的工况，避免对面板形成剪切应力。
53.所述混凝土结构2的空间转弯部位采用圆弧过渡，圆弧转弯半径与转角大小、转弯部位水头成正向关系。
54.一种沥青混凝土面板堆石坝布置结构的施工方法，采用上述所述的沥青混凝土面板堆石坝布置结构，包括如下步骤：
55.s1：根据设计要求开挖所述堆石坝两岸及河床部位的基础面；
56.s2：浇筑混凝土结构2、堆石坝顶端部挡水和防渗封闭结构11，并进行基础的固结和帷幕灌浆3；
57.s3：按照坝体分区填筑坝体，至堆石坝顶防浪墙9的底高程；填筑过程中每隔10～15m进行一次坝面修整，修整的内容包括按设计结构线整形、斜坡碾压，喷涂乳化沥青并铺设防雨水冲刷的土工布；
58.s4：修建坝顶防浪墙9和坝顶填筑区及路面10；
59.s5：沥青混凝土施工准备，拆除坝体表面防护层，对表面进行修补，补喷乳化沥青；
60.s6：对混凝土结构2连接部位的混凝土进行检查和处理，消除可能导致沥青混凝土面板应力集中的尖角；
61.s7：在混凝土结构2搭接部位的特殊垫层料区4的垫层面上依次铺设并碾压沥青混凝土整平胶结层13和沥青砂浆锲形体15、聚酯网格加厚层14、沥青混凝土防渗层12；在挤压型接头区的垫层料区5的垫层面上依次铺设并碾压沥青混凝土整平胶结层13、细石富沥青混凝土楔形体16、塑性填料17、聚酯网格加厚层14、沥青混凝土防渗层12。
62.s8：沥青混凝土防渗层12表面涂刷沥青玛蹄脂封闭层，沥青混凝土防渗层12与各混凝土结构2的接头部位预留的三角形缺口，并在沥青混凝土防渗层12与各混凝土结构2的接头部位预留的三角形缺口部位填塞玛蹄脂。
63.依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的沥青混凝土面板堆石坝布置结构及施工方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
64.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。