專利名稱：一種組合壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合壩，屬于水利建筑物技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土石壩是國內(nèi)外最普遍、最常見的壩型，壩高從幾米到300米，迄今我國已建成了 數(shù)以萬計的土石壩工程。土石壩以其經(jīng)濟性和更適應(yīng)各種地形地質(zhì)條件的優(yōu)勢，雄踞各類 壩型的首位。尤其是混凝土面板堆石壩，不受當?shù)胤罎B土料和筑壩材料的限制，可利用開挖 料直接上壩碾壓，顯示出了強大的生命力。但是，現(xiàn)行高混凝土面板堆石壩存在下列的主要 缺陷和尚需解決的技術(shù)難題其一，現(xiàn)行面板高堆石壩的混凝土面板適用大壩變形能力有 限，抗裂性和抗震性差，難免出現(xiàn)裂縫，特別是隨著壩高的增加，安全風險隨之加重；其二， 死水位以下的面板，所受水頭高，一旦因強震、壩體不均勻變形等原因?qū)е铝芽p過大而出現(xiàn) 滲漏及安全問題，難以及時維修和恢復(fù)；其三，混凝土面板長期浸泡在水下或長期經(jīng)受干濕 和冷暖循環(huán)作用，特別是在有裂縫存在和水壓侵蝕狀態(tài)下長期工作，因鋼筋銹蝕而產(chǎn)生的 耐久性問題尚未很好解決；其四，如何減少混凝土面板的鋪設(shè)施工周期和增長面板鋪設(shè)之 前壩體的預(yù)留沉降時間，對于提高筑壩質(zhì)量是極為關(guān)鍵的問題之一?；炷林亓问且揽孔灾鼐S持穩(wěn)定的壩型，它適合于建造在地形很開闊而覆蓋層 不很深的河道上，具有便于布置和設(shè)計壩上溢洪道、壩內(nèi)式引水系統(tǒng)和壩后式電站廠房等 多種優(yōu)點。但是，混凝土重力壩也具有對壩基和混凝土骨料要求高、水泥用量大、施工中溫 控問題突出、筑壩速度慢等多種缺陷和技術(shù)難題。第四申請人曾經(jīng)提出過名稱為堆石混凝 土施工方法，專利號為ZL03102674. 5。修筑堆石混凝重力壩，可明顯減少水泥用量、降低施 工中水化溫升和工程造價，但它具有混凝土重力壩的其他主要缺陷，目前尚沒有修筑超過 百米高壩的工程實例和經(jīng)驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種組合壩，克服已有高混凝土面板堆石壩存在的主要缺陷 和問題，充分發(fā)揮鋼板-混凝土組合面板、堆石混凝土和開挖堆石料的各自優(yōu)點，縮短面板 的施工周期，增強壩體防滲結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性、抗震性和安全性。本發(fā)明提出的組合壩，上游側(cè)的上部為斜面，下部為垂直面，組合壩的下游側(cè)為斜 面；所述的上游側(cè)上部的斜面上鋪設(shè)鋼板_混凝土組合面板，鋼板混凝土組合面板的下面 設(shè)有墊層過渡區(qū)，所述的上游側(cè)的下部設(shè)有堆石混凝土區(qū)，所述的組合壩的下游側(cè)和墊層 過渡區(qū)的下面設(shè)有堆石料區(qū)，堆石料區(qū)與所述的墊層過渡區(qū)和堆石混凝土區(qū)相互交界。上述組合壩中，堆石料區(qū)與堆石混凝土區(qū)的交界面坡度為1 k，k值=0.5 1. 5。上述組合壩中，組合壩的壩高H與堆石混凝土的高度h之比為h H=I 1.5 3。上述組合壩中，組合壩的上游側(cè)上部的壩坡為1 m，m值為1. 2 1. 6。
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上述組合壩中，組合壩的下游側(cè)壩坡為1 η，η值為1. 2 1. 6。本發(fā)明提出的組合壩，其優(yōu)點是采用堆石材料(Rock-Fill)、堆石混凝 土(Rock-FillConcrete，RFC)和鋼板混凝土組合面板(Steel plate and Concrete composite Faceplate, SCF)組合形成一種組合結(jié)構(gòu)的新型擋水建筑物。壩體上游側(cè)的下 部采用堆石混凝土澆筑，上游側(cè)的上部和下游側(cè)采用堆石料填筑。上游側(cè)上部的堆石料區(qū) 的斜面上鋪有墊層過渡層，其上再鋪設(shè)鋼板_混凝土組合面板。本發(fā)明根據(jù)面板堆石壩設(shè) 計規(guī)范和水工擋土墻設(shè)計規(guī)范，確定滿足變形、強度和穩(wěn)定要求的組合壩壩型。不僅可以充 分發(fā)揮鋼板_混凝土組合面板、堆石混凝土和開挖堆石料的各自優(yōu)點和綜合優(yōu)勢，而且能 縮短面板的施工周期，明顯增強壩體防滲結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，特別是 對高壩愈顯優(yōu)越，具有良好的社會、經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)效益。


圖1是本發(fā)明提出的組合壩的斷面示意圖。圖2是圖1所示的組合壩中鋼板混凝土組合板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1和圖2中，1是鋼板混凝土組合面板，2是墊層過渡區(qū)，3是開挖料蓋重區(qū)，4是 基礎(chǔ)防滲帷幕，5是堆石混凝土區(qū)，6是堆石料區(qū)，7是防浪墻，8是混凝土，9是拴釘，10是鋼 板。H為組合壩的壩高，h是堆石混凝土的高度，η是組合壩下游側(cè)的坡比，m是組合壩上游 側(cè)的坡比，k是堆石混凝土區(qū)的坡比。
具體實施例方式本發(fā)明提出的組合壩，其斷面示意圖如圖1所示，上游側(cè)的上部為斜面，下部為垂 直面，組合壩的下游側(cè)為斜面。上游側(cè)上部的斜面上設(shè)有鋼板混凝土組合面板1，鋼板混凝 土組合面板1的下面設(shè)有墊層過渡區(qū)2。上游側(cè)的下部設(shè)有堆石混凝土區(qū)5。組合壩的下 游側(cè)設(shè)有堆石料區(qū)6，堆石料區(qū)6與墊層過渡區(qū)2和堆石混凝土區(qū)5相互交界。上述組合壩中，堆石料區(qū)與堆石混凝土區(qū)的交界面坡度為1 k，k值=0.5 1. 5。上述組合壩中，組合壩的壩高H與堆石混凝土的高度之比為h H=I 1.5 3。上述組合壩中，組合壩的上游側(cè)上部的壩坡為1 m，m值為1. 2 1. 6。上述組合壩中，組合壩的下游側(cè)壩坡為1 η，η值為1. 2 1. 6。本發(fā)明提出的組合壩，其上游死水位以上采用鋼板-混凝土組合面板1作為防滲 結(jié)構(gòu)。組合面板中的鋼板自身可視為不透水材料并具有很強的延性，從而可顯著地提高防 滲效果和適應(yīng)高壩壩體變形的能力。組合面板中的鋼板10與混凝土 8通過栓釘9緊密結(jié) 合為一體。如圖2所示，鋼板10約束混凝土 8可顯著提高組合面板的抗裂性和抗震性，混 凝土 8約束鋼板10可明顯提高組合面板的耐久性和穩(wěn)定性。組合面板可根據(jù)有關(guān)組合結(jié) 構(gòu)設(shè)計規(guī)范以及耐久性和穩(wěn)定性要求，選定具體使用的混凝土和鋼板。組合面板可根據(jù)壩 體變形及溫度與濕度變化情況，設(shè)置或不設(shè)置垂直伸縮縫。如果設(shè)置垂直伸縮縫，可基于面 板堆石壩的已有經(jīng)驗設(shè)計接縫止水措施。組合面板可先預(yù)制、再在施工現(xiàn)場進行接縫焊接 和少量現(xiàn)澆混凝土對接，從而簡化施工，明顯縮短工期。因其僅在死水位以上鋪設(shè)，萬一出現(xiàn)破損，亦便于修補或替換。本發(fā)明提出的組合壩，其上游側(cè)死水位以下使用堆石混凝土(Rock-Fill Concrete, RFC)澆筑，如圖1中的5所示。堆石混凝土是使用自密實混凝土從表面澆注填 充自然堆石體空隙而形成的一種致密且具有較高強度的混凝土，采用開挖棄渣、河床砂礫 石中大粒徑的塊石或卵石作為RFC材料，水泥用量少、水化溫升低、體積穩(wěn)定性好，不需要 采取溫度控制措施，具有節(jié)能環(huán)保等優(yōu)良性能。堆石混凝土填筑體是壩體防滲結(jié)構(gòu)的一部 分，自身具有不透水性。堆石混凝土填筑體的下部可設(shè)置防滲帷幕等覆蓋層防滲結(jié)構(gòu)，具有 設(shè)計合理、施工便捷等特點。與面板堆石壩相比，堆石混凝土填筑體能夠有效地減少壩體的 沉降和不均勻變形，從而降低面板產(chǎn)生撓曲和裂縫的可能性。本發(fā)明提出的組合壩，其上游側(cè)死水位以上和下游側(cè)的堆石料區(qū)6以及上游側(cè)的 開挖料蓋重區(qū)3均采用堆石材料(Rock-Fill)填筑。堆石料區(qū)可根據(jù)面板堆石壩的設(shè)計要 求進行設(shè)計和施工。開挖料蓋重區(qū)的上游坡度和高度可根據(jù)堆石混凝土填筑體的穩(wěn)定性要 求來選定。堆石料區(qū)和蓋重區(qū)能夠充分利用開挖料，減少棄料，降低工程造價，大幅減少大 壩施工對環(huán)境的影響，具有良好的社會、經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)效益。本發(fā)明的組合壩中，上游側(cè)的開挖料蓋重區(qū)3在堆石混凝土填筑體能夠滿足穩(wěn)定 性要求的條件下可不設(shè)置，以節(jié)省填筑工程量。為了降低建設(shè)成本，對接近壩頂?shù)纳喜康退?頭范圍的部分鋼板混凝土組合面板，可以用鋼筋混凝土面板替代，但需在鋼板_混凝土組 合面板與鋼筋混凝土面板的結(jié)合部做好水平縫的止水結(jié)構(gòu)措施并滿足穩(wěn)定性要求。本發(fā)明組合壩的頂部還設(shè)有防浪墻7。圖1為所述組合壩的典型斷面示意圖。壩高H，填筑混凝土高h，H h的范圍從 1 1.5 3之間可選，上游壩坡為1 m，m值為1.2 1.6之間可選；下游壩坡為1 n， η值為1.2 1.6之間可選；堆石混凝土區(qū)與堆石料區(qū)的交界面坡度為1 k，k值為0.5 1.5之間可選。上、下游壩坡的m和η值，可基于面板堆石壩的已有經(jīng)驗和設(shè)計要求選定。 材料交界面坡度的K值，可基于堆石混凝土填筑區(qū)的穩(wěn)定性要求和壩體及材料界面的變形 控制要求選定。圖1中的堆石料區(qū)的壩體，可根據(jù)面板堆石壩設(shè)計規(guī)范進行滿足變形、強度和穩(wěn) 定要求的設(shè)計計算；堆石混凝土填筑體，可根據(jù)有關(guān)堆石混凝土規(guī)范進行設(shè)計，也須將其視 為水工高擋墻進行強度驗算和穩(wěn)定性計算；鋼板_混凝土組合面版，可參照有關(guān)組合結(jié)構(gòu) 設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計；由于壩體橫截面內(nèi)的多種材料彈模存在差異，應(yīng)充分考慮接觸面變形 特性進行應(yīng)力-位移分析，使其滿足設(shè)計要求。圖1中，壩體的堆石混凝土區(qū)采用RFC材料澆筑，可按堆石混凝土壩施工方法進行 施工；壩體的堆石料區(qū)和開挖蓋重區(qū)采用開挖料等填筑，可按面板堆石壩施工方法進行施 工；壩體的組合面板可先預(yù)制、再在施工現(xiàn)場進行接縫焊接和少量現(xiàn)澆混凝土對接。圖2中的組合面板是由鋼板與混凝土通過栓釘緊密結(jié)合為一體的組合板狀結(jié)構(gòu)， 可根據(jù)有關(guān)組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范以及耐久性和穩(wěn)定性要求，選定具體使用的混凝土和鋼板; 可根據(jù)壩體變形及溫度與濕度變化情況，選擇是否設(shè)置或不設(shè)置垂直伸縮縫。如果設(shè)置垂 直伸縮縫，可基于面板堆石壩的已有經(jīng)驗設(shè)計接縫止水措施。組合面板可先預(yù)制再在施工 現(xiàn)場進行接縫焊接和少量現(xiàn)澆混凝土對接。
權(quán)利要求
一種組合壩，其特征在于該組合壩上游側(cè)的上部為斜面，下部為垂直面，組合壩的下游側(cè)為斜面；所述的上游側(cè)的上部設(shè)有鋼板混凝土組合面板，鋼板混凝土組合面板的下面設(shè)有墊層過渡區(qū)，所述的上游側(cè)的下部設(shè)有堆石混凝土區(qū)，所述的組合壩的下游側(cè)設(shè)有堆石料區(qū)，堆石料區(qū)與所述的墊層過渡區(qū)和堆石混凝土區(qū)相互交界。
2.如權(quán)利要求1所述的組合壩，其特征在于其中所述的堆石料區(qū)與堆石混凝土區(qū)的交 界面坡度為1 k，k值=0.5 1.5。
3.如權(quán)利要求1所述的組合壩，其特征在于組合壩的壩高H與堆石混凝土的高度之比 為h H=I 1. 5 3。
4.如權(quán)利要求1所述的組合壩，其特征在于組合壩的上游側(cè)上部的壩坡為1 m，m值 為 1. 2 1. 6。
5.如權(quán)利要求1所述的組合壩，其特征在于組合壩的下游側(cè)壩坡為1 n，n值為1.2 1. 6。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合壩，屬于水利建筑物技術(shù)領(lǐng)域。組合壩上游側(cè)的上部為斜面，下部為垂直面，組合壩的下游側(cè)為斜面。上游側(cè)上部的斜面上鋪設(shè)鋼板-混凝土組合面板，鋼板混凝土組合面板的下面設(shè)有墊層過渡區(qū)。上游側(cè)的下部設(shè)有堆石混凝土區(qū)，組合壩的下游側(cè)和墊層過渡區(qū)的下面設(shè)有堆石料區(qū)，堆石料區(qū)與墊層過渡區(qū)和堆石混凝土區(qū)相互交界。本發(fā)明組合壩采用堆石材料、堆石混凝土和鋼板混凝土組合面板形成，不僅可以充分發(fā)揮鋼板-混凝土組合面板、堆石混凝土和開挖堆石料的各自優(yōu)點和綜合優(yōu)勢，而且能縮短面板的施工周期，明顯增強壩體防滲結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性、抗震性和安全性，特別是對高壩愈顯優(yōu)越，具有良好的社會、經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)效益。
文檔編號E02B7/04GK101974894SQ201010260220
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者張建民, 洪鏑, 聶建國, 謝小平, 金峰 申請人:清華大學(xué);黃河上游水電開發(fā)有限責任公司