一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法

摘要

本发明属于水利水电技术领域，具体说，涉及一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法，该方法包括：在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台；对平台底部区域进行帷幕灌浆加固；在平台上进行混凝土趾板施工，通过连接缝将该趾板与上、下部面板相连，并设置止水，组成200m级面板坝整体防渗体系；同时在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设土工格栅。本发明通过在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台，同时在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅，该抗震设计方法可有效降低混凝土面板结构发生拉压破坏、错台和脱空的危险性，显著提高200m级面板堆石坝防渗体结构抵抗强震的能力。

说明书

技术领域

本发明属于水利水电技术领域，具体说，涉及一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法。

背景技术

面板堆石坝是用填筑于堆石体上游的趾板、连接板、混凝土面板作为防渗设施的土石坝，主要由堆石体和防渗系统组成，包括面板、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区。

汶川地震以来，我国对在高烈度区设计及建造的200m～300m级高面板堆石坝的工程防渗体设计提出了更高的要求，分析防渗体抗震设计的可靠性和安全性具有十分重要的必要性和工程意义。强震作用下坝体地震永久变形可引起面板拉压破坏、水平施工缝错台、面板脱空等局部破坏，震后面板混凝土及接缝止水的局部破坏将会对大坝防渗系统的止水性能产生影响，使渗流量增加。另外，坝体无论是自然沉降还是一次性震陷，较大变形均可能导致防渗面板脱空、错台和拉压破坏,这已为国内外150m级以上高坝工程的运行经验所验证。因此，为了解决强震区易发生较大地震变形引起面板错台、脱空和拉压破坏的问题，需要对上游防渗体结构进行改进，提高防渗体系和坝体抵御强震的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法，包括：

在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台；

对平台区域底部进行帷幕灌浆；

在平台上进行混凝土趾板施工，通过连接缝将所述趾板与上、下部面板相连，并设置止水，组成200m级面板坝整体防渗体系；

在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅。

进一步，在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台之前还包括：确定强震作用下200m级高面板堆石坝混凝土面板高拉压应力区域，进而确定该平台和土工格栅的布置高程。

进一步，在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅之后还包括：在平台区域面板、趾板和连接缝中设置位移、应力和加速度传感器。

与现有技术相比本发明的有益效果是：通过在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台，同时在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅，该抗震设计方法可有效降低混凝土面板结构发生拉压破坏、错台和脱空的危险性，显著提高200m级面板堆石坝防渗体结构抵抗强震的能力。

附图说明

图1是本发明一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法-具体实施例中一级平台和钢塑双向土工格栅布置示意图；

图2是图1中20的结构示意图；

图3是图1中10的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本实施例提供了一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法，包括如下步骤：

1)在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台。

2)对平台区域进行帷幕灌浆。平台区域选择20m×20m区域(深度20m，向坝内延伸20m)。

3)在平台上进行混凝土趾板施工，通过连接缝将所述趾板与上、下部面板相连，并设置止水，组成200m级面板坝整体防渗体系。

平台宽度为5m，铺设宽度为5m的趾板，并进行其与下部面板连接缝的施工，设置三道止水，在保持坝顶宽度且不额外增加下游征地面积的条件下调整平台上部面板坡度，施工平台上部面板和其与平台趾板的连接缝，设置三道止水。

4)在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设土工格栅。

采用钢塑双向土工格栅，按反包法铺设，长度为50m，层距2m，坝顶区域进行贯通。

土工格栅属于特种土工合成材料，其具有良好的结构稳定性、耐冲击性及便于施工等显著特点，本实施例将其用于土石坝坝顶加固，可有效降低坝顶震陷，显著提高坝体上部区域的整体和局部抗震稳定性。

本实施例通过在混凝土面板水平施工缝处设置一级平台，在平台上将趾板通过连接缝与上、下部面板进行连接，构成新型高面板坝防渗体系，即趾板、连接缝、面板、连接缝、趾板、连接缝、面板(从下到上)，并在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅，既有效降低了面板在强震时地震变形引起的面板错台和顶部面板脱空，又有效降低了混凝土面板发生拉压破坏的危险性，提高了200m级面板坝防渗体系和坝体抵御强震的能力。同时，该平台的设置还可有效降低200m级面板坝中超长混凝土面板结构的施工难度和施工周期，且方便位于平台上各防渗体结构的维修和应力、变形和加速度实时监测。

在本实施例中，在200m级高面板堆石坝上游面板水平施工缝处设置一级平台之前还包括：确定强震作用下200m级高面板堆石坝混凝土面板结构的高拉压应力区域和坝体高震陷区域(坝体较大地震变形引起的混凝土面板高拉压应力)及所述平台和土工格栅的布置高程。上述高程可结合实际震害资料、数模仿真分析和物模仿真试验确定。

在本实施例中，在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅之后，可进行平台上面板、趾板和连接缝观测仪器的布置和实时监测。观测仪器的布置包括在平台区域面板、趾板和连接缝中设置位移、应力和加速度实时监测仪器。

下面通过具体实例，对本发明作进一步详细说明。

参图1至图3所示，图1是本发明一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法-具体实施例中一级平台和钢塑双向土工格栅布置示意图；图2是图1中20的结构示意图；图3是图1中10的结构示意图。

图中标号：

10-平台段趾板大样；11-固结灌浆；12-平台段趾板；

20-河床段趾板大样；21-河床段趾板；

30-土工格栅；

40-面板；

51-W2型GB复合止水铜片；52-φ25PVC棒；53-φ50PVC棒；54-波形橡胶止水带；55-GB柔性填料；56-GBW填料；57-沥青杉木板。

本实施例中的大坝为坐落在基岩上的面板堆石坝，河床趾板基础高程1637.00m，最大坝高160m。坝顶宽12m，坝顶上游设5.2m高的“L”型防浪墙。上游一级平台设置高程为1743.00m，平台宽度为5m，平台底部20m区域进行帷幕灌浆，上游一级平台下部面板坝坡1：1.5565，上游一级平台上部面板坝坡1：1.5262，下游坝坡1：1.5，上缓下陡布置，且在下游坝坡设宽12m、坡降i＝10％的“之”字形上坝路，坝体下游坡综合坡比1：1.98。上游坝面1743.00m高程以下设各3m宽的粉土铺盖1A和石渣压坡1B，粉土铺盖1A上游坡1：1.5，石渣压坡1B上游坡1：2.1，坝顶30m内,上、下游坝坡均采用土工格栅加筋,最低高程1795.00m，土工格栅长度50m,层距2m。

坝体防渗结构由河床趾板、平台趾板、面板、连接板和连接缝组成。面板底部厚度取0.84m，顶部厚度按工程经验取0.3m。河床段趾板宽度为10m，厚度取1m。平台段趾板宽度为5m，厚度为0.8m。

面板与河床趾和平台趾板连接缝之间底部采用W2型GB复合止水铜片，中部设φ25PVC棒，顶部采用φ50PVC棒和波形橡胶止水带，缝间填充GB柔性填料。

对该设计方案下的高面板堆石坝坝体进行数模仿真分析，输入地震加速度峰值为0.385g，地震此时30s，数模仿真分析结果见表1，由数模仿真分析结果可知，在强震作用下面板拉压应力和各连接缝变形量均严格满足现行工程安全控制要求，该防渗体抗震设计方案可有效减少200m级高面板堆石坝面板震后变形，改善面板的拉压应力分布情况，降低混凝土面板发生拉压破坏、错台和脱空的危险性，提高200m级高面板堆石坝抵御强震的能力。

表1强震作用下面板与平台连接缝动力响应结果(极值)汇总

本发明提供的一种200m级高面板堆石坝防渗体抗震设计方法，具有如下技术效果：

1、在强震作用下200m级面板堆石坝混凝土面板高拉压应力区域布置一级平台，通过连接缝与上、下部面板相连，构成整体防渗体系，提高面板坝中面板抵抗地震变形的能力。

2、平台上混凝土趾板与上、下部面板通过连接缝相连，既不影响防渗效果，还可改善该区域面板的高拉压应力。

3、在平台底部区域进行帷幕灌浆可有效降低坝体自身变形引起的趾板和面板之间的不协调变形。

4、在坝体4/5坝高以上堆石体区域铺设钢塑双向土工格栅，可有效降低面板顶部区域的震陷和拉压应力峰值，降低面板发生拉压破坏、错台和脱空的危险性。

5、在平台区域面板、趾板和连接缝中设置位移计、应力和加速度传感器，便于面板和观测仪器的日常维护和信息化实时监测。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。