一种沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型及其建造方法

摘要

发明提供一种沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型及其建造方法。该组合坝型包括沥青混凝土心墙坝段和混凝土重力坝段，以及衔接沥青混凝土心墙坝段和混凝土重力坝段的混凝土过渡坝段。所述沥青混凝土心墙坝段从上游侧到下游侧依次为上游堆石区、上游过渡区、沥青混凝土心墙区、下游过渡区和下游堆石区。所述混凝土过渡坝段从上游侧到下游侧依次为上游衡重式挡墙、中间俯斜式重力坝和下游衡重式挡墙。该组合坝型的建造方法包括截流导流施工、坝基基槽开挖施工、混凝土过渡坝段施工、混凝土重力坝段施工、沥青混凝土心墙坝段施工等步骤。该组合坝型适用性广泛、经济性好且防渗效果好，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及水工结构工程领域，具体涉及一种组合坝型及其建造方法。

背景技术

沥青混凝土心墙坝是坝体中部设置沥青混凝土墙作为防渗体的土石坝，沥青混凝土心墙一般采用垂直型，也有略倾向上游的。当沥青混凝土墙位于坝体中部且稍倾向上游时，也可称为沥青混凝土斜心墙坝。由于沥青混凝土具有良好的防渗和适应变形的性能，因此可作为土石坝的防渗心墙。相比传统的黏性土防渗心墙，沥青混凝土心墙防渗的优越性主要体现在沥青混凝土的施工受降雨和低温的影响小、沥青混凝土心墙坝不需要填筑高质量的堆石料或者说对坝体填料质量要求低、沥青混凝土具有较强的塑性使得沥青混凝土心墙对坝基变形适应能力强等方面。由于具有上述优越性，沥青混凝土心墙坝已发展成为土石坝中的主要坝型之一，在水利工程中的应用逐年增多。

沥青混凝土心墙坝作为土石坝的一种类型，其优点是突出的，比如其对地基的要求较低，协调变形的能力强，甚至可以直接修筑在深厚覆盖层地基上，但其缺点也是不容忽视的。由于坝体是用堆石料填筑的，其抗冲刷破坏能力很低，不允许坝顶漫流，作为水库泄洪建筑物的溢洪道需要与坝体分离布置，不能直接布置在坝体上。因此，溢洪道的布置条件有时会成为决定沥青混凝土心墙坝能否被选用的关键因素之一。

混凝土重力坝是主要的拦河大坝类型之一，在水利工程中应用非常广泛。相比沥青混凝土心墙坝，混凝土重力坝的特点是体积小，泄洪建筑物布置简单。混凝土重力坝的泄洪建筑物可以设计为横穿坝体的泄洪孔，也可设计为坝顶溢流的泄洪溢流堰。尽管如此，混凝土重力坝也是有缺点的。由于混凝土重力坝的自重大、协调变形的能力较低，因此其对地基的要求较高，通常要求地基至少为中等风化的岩石地基。因此，决定混凝土重力坝在水利工程中能否作为拦河大坝被选用的决定性因素通常不是泄洪建筑物的布置问题，而往往是地基的条件。

当水利工程的坝址区地形条件为河谷开阔且不具备布置岸边溢洪道条件，地质条件为河谷局部覆盖层深厚、一侧或两侧岩石地基承载力高且埋深不大时，选择合适的拦河大坝类型并非易事。由于河谷局部覆盖层深厚，沥青混凝土心墙坝似乎可以选择，但是，由于河谷开阔且不具备布置岸边溢洪道条件，使得沥青混凝土心墙坝的实施难度陡增。由于岩石地基承载力高且埋深不大、河谷开阔且不具备布置岸边溢洪道条件，混凝土重力坝似乎是不错的选择，但是，由于河谷局部覆盖层深厚，坝基开挖难度很大，使得混凝土重力坝的实施也不易。

发明内容

本发明的目的是提供一种沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型及其建造方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型，包括沥青混凝土心墙坝段和混凝土重力坝段，以及衔接沥青混凝土心墙坝段和混凝土重力坝段的混凝土过渡坝段。

所述沥青混凝土心墙坝段从上游侧到下游侧依次为上游堆石区、上游过渡区、沥青混凝土心墙区、下游过渡区和下游堆石区。所述沥青混凝土心墙区包括沥青混凝土心墙和混凝土基座。所述沥青混凝土心墙设置在混凝土基座上。所述混凝土基座的下部设置有防渗帷幕Ⅰ。

所述混凝土重力坝段的基本剖面整体呈直角三角形。所述混凝土重力坝段的地基中设置有横河向的防渗帷幕Ⅱ。

所述混凝土过渡坝段从上游侧到下游侧依次为上游衡重式挡墙、中间俯斜式重力坝和下游衡重式挡墙。所述上游衡重式挡墙的墙背与上游堆石区相互交界。所述下游衡重式挡墙的墙背与下游堆石区相互交界。

所述中间俯斜式重力坝的俯斜面与上游过渡区、沥青混凝土心墙区以及下游过渡区接触，直立面与混凝土重力坝段接触。所述俯斜面上设置有竖向U型槽。所述沥青混凝土心墙区嵌入U型槽内。所述中间俯斜式重力坝的地基中设有横河向的防渗帷幕Ⅲ。

所述防渗帷幕Ⅰ、防渗帷幕Ⅱ和防渗帷幕Ⅲ相互连接为整体，共同构成坝基防渗帷幕。

进一步，所述混凝土重力坝段在坝顶设置有泄洪溢流堰。

进一步，所述混凝土重力坝段的坝身上设置有泄洪孔。

进一步，所述U型槽的宽度不小于沥青混凝土心墙区的厚度，深度大于50cm。

进一步，所述沥青混凝土心墙区嵌入U型槽部分的端面与U型槽的槽底间设置有沥青层。所述直立面与混凝土重力坝段的接缝处充填有止水材料。

进一步，自上游向下游方向，所述上游衡重式挡墙的高度逐渐增高，厚度逐渐增大。自上游向下游方向，所述下游衡重式挡墙的高度逐渐降低，厚度逐渐减小。

本发明还公开一种关于上述沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型的建造方法，包括以下步骤：

1)依据设计的导流、截流方案，施工坝址区的导流设施和截流设施，并对河谷地表、地下水流进行截流和导流。

2)施工放样，依据设计的坝基基槽位置及几何尺寸等参数，开挖坝基。

3)依据设计的坝体结构，同步进行或分别进行混凝土过渡坝段和混凝土重力坝段的施工。

4)依据设计的坝体结构，进行沥青混凝土心墙坝段的施工。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.组合坝型适用性广泛，经济性好，可充分发挥沥青混凝土心墙坝和混凝土重力坝的优点；

B.组合坝型的混凝土过渡坝段有效解决了沥青混凝土心墙坝段与混凝土重力坝段的连接问题，确保了沥青混凝土心墙坝段上游堆石坝体和下游堆石坝体的侧向稳定性；

C.沥青混凝土心墙端部防渗效果简洁可靠。

附图说明

图1为组合坝型结构示意图；

图2为A-A剖视图；

图3为沥青混凝土心墙坝段结构示意图；

图4为混凝土重力坝段结构示意图；

图5为混凝土过渡坝段结构示意图；

图6为B-B剖视图；

图7为中间俯斜式重力坝结构示意图；

图8为中间俯斜式重力坝与沥青混凝土心墙区连接示意图。

图中：沥青混凝土心墙坝段1、上游堆石区101、上游过渡区102、沥青混凝土心墙区103、沥青混凝土心墙1031、混凝土基座1032、下游过渡区104、下游堆石区105、混凝土重力坝段2、混凝土过渡坝段3、上游衡重式挡墙301、中间俯斜式重力坝302、俯斜面3021、U型槽30211、直立面3022、沥青层303、下游衡重式挡墙303、坝基防渗帷幕4、防渗帷幕Ⅰ401、防渗帷幕Ⅱ402、防渗帷幕Ⅲ403。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型，包括沥青混凝土心墙坝段1和混凝土重力坝段2，以及衔接沥青混凝土心墙坝段1和混凝土重力坝段2的混凝土过渡坝段3。

参见图2，在本实施例中，所述沥青混凝土心墙坝段1覆盖坝址区河床覆盖层深厚的区域。参见图3，所述沥青混凝土心墙坝段1从上游侧到下游侧依次为上游堆石区101、上游过渡区102、沥青混凝土心墙区103、下游过渡区104和下游堆石区105。所述沥青混凝土心墙区103包括沥青混凝土心墙1031和混凝土基座1032。所述沥青混凝土心墙101设置在混凝土基座102上。所述混凝土基座102的下部设置有防渗帷幕Ⅰ401等覆盖层防渗结构。所述上游过渡区102设置在沥青混凝土心墙区103的上游侧。所述下游过渡区104设置在沥青混凝土心墙区103的下游侧。所述上游过渡区102和下游过渡区104均与沥青混凝土心墙区103紧贴。所述上游过渡区102、下游过渡区104和沥青混凝土心墙区103高度相等。所述上游堆石区101设置在上游过渡区102的上游侧。所述下游堆石区105设置在下游过渡区104的下游侧。所述上游堆石区101与上游过渡区102紧贴。所述下游堆石区105与下游过渡区104紧贴。所述上游堆石区101和下游堆石区105的迎水面均为斜面，背水面均为垂直面。

参见图2，在本实施例中，所述混凝土重力坝段2位于河床基岩承载力高且埋深不大的区域。参见图4，所述混凝土重力坝段2的基本剖面整体呈直角三角形。所述混凝土重力坝段2的上游侧为垂直面，下游侧为斜面。所述混凝土重力坝段2的坝顶高程等于沥青混凝土心墙坝段1的坝顶高程。所述混凝土重力坝段2的底部为中等风化的岩石地基，地基中设置有横河向的防渗帷幕Ⅱ402。

参见图2，在本实施例中，所述混凝土过渡坝段3位于河床基岩承载力高且埋深不大的区域。所述混凝土过渡坝段3从上游侧到下游侧依次为上游衡重式挡墙301、中间俯斜式重力坝302和下游衡重式挡墙303。所述中间俯斜式重力坝302的上游侧与上游衡重式挡墙301的下游侧接触，下游侧与下游衡重式挡墙303的上游侧接触。

参见图1，所述上游衡重式挡墙301的墙背与上游堆石区101相互交界。所述上游衡重式挡墙301用于支挡上游堆石区101，以维持上游堆石区101的侧向稳定并限制其侧向变形。所述上游衡重式挡墙301的底面位于中等风化岩石地基上，顶面高程与沥青混凝土心墙坝段1的上游坝坡面平齐。参见图5和图6，自上游向下游方向，所述上游衡重式挡墙301的高度逐渐增高，厚度逐渐增大。所述上游衡重式挡墙301上设有垂直结构缝。

所述下游衡重式挡墙303的墙背与下游堆石区105相互交界。所述下游衡重式挡墙303用于支挡下游堆石区105，以维持下游堆石区105的侧向稳定并限制其侧向变形。所述下游衡重式挡墙303的底面位于中等风化岩石地基上，顶面高程与沥青混凝土心墙坝段1的下游坝坡面平齐。自上游向下游方向，所述下游衡重式挡墙303的高度逐渐降低，厚度逐渐减小。所述下游衡重式挡墙303上设置有垂直结构缝。

参见图1，所述中间俯斜式重力坝302的俯斜面3021与上游过渡区102、沥青混凝土心墙区103以及下游过渡区104接触，直立面3022与混凝土重力坝段2接触。参见图7，所述俯斜面3021上设置有沿斜面方向布置的U型槽30211。所述U型槽30211的宽度不小于沥青混凝土心墙区103的厚度，深度大于50cm。所述沥青混凝土心墙区103自沥青混凝土心墙坝段1向中间俯斜式重力坝302坝身内延伸并嵌入U型槽30211内，嵌入部分的端面与U型槽30211的槽底间设置有的沥青层303。所述沥青层303的厚度为20～30cm。所述沥青层303内埋设有电热用钢筋。通过加热电热用钢筋可融化沥青消除沥青混凝土心墙区103嵌入U型槽30211部分与中间俯斜式重力坝302接触区域的各种裂缝或砂眼等。所述直立面3022与混凝土重力坝段2的接缝处充填有止水材料。所述中间俯斜式重力坝302的底部为中等风化的岩石地基，地基中设有横河向的防渗帷幕Ⅲ403。

参见图1，所述防渗帷幕Ⅰ401、防渗帷幕Ⅱ402和防渗帷幕Ⅲ403相互连接为整体，共同构成坝基防渗帷幕4。

值得说明的是，所述上游衡重式挡墙301和下游衡重式挡墙303的具体结构形式和几何尺寸根据挡墙的受力条件、稳定性和强度等要求计算确定。所述混凝土重力坝段2泄洪建筑物可根据实际情况选用在坝顶设置泄洪溢流堰和/或在坝身上设置泄洪孔。

本实施例提供组合坝型可充分发挥两种传统坝型的优点，避免各自的缺点，大幅拓展了沥青混凝土心墙坝和混凝土重力坝的适用范围。

实施例2：

本实施例公开一种关于实施例1所述沥青混凝土心墙坝与混凝土重力坝的组合坝型的建造方法，包括以下步骤：

1)依据设计的导流、截流方案，施工坝址区的导流设施和截流设施，并对河谷地表、地下水流进行截流和导流。

2)施工放样，依据设计的坝基基槽位置及几何尺寸等参数，加固边坡、开挖沥青混凝土心墙坝段1的坝基基槽、开挖混凝土过渡坝段3的坝基基槽和混开挖凝土重力坝段2的坝基基槽。

3)依据设计的坝体结构，同步进行或分别进行混凝土过渡坝段3和混凝土重力坝段2的施工。

4)依据设计的坝体结构，进行沥青混凝土心墙坝段1的施工。