本發(fā)明涉及一種高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫止水方法及結(jié)構(gòu)，屬于水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

心墻作為高心墻堆石壩防滲的主體，其變形監(jiān)測至關(guān)重要。若心墻與壩殼堆石體、心墻與岸坡接觸帶之間的不均勻變形量過大，就會引起心墻產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時會誘發(fā)水力劈裂，影響大壩安全。為了實時掌握大壩施工及運(yùn)行性狀，一直以來變形監(jiān)測是高心墻堆石壩必不可少的一項重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的心墻變形監(jiān)測技術(shù)通常是在心墻內(nèi)直接埋設(shè)水管式沉降儀、電磁式沉降儀、引張線水平位移計、測斜管等監(jiān)測儀器，該方法對中低壩的適應(yīng)性較好，但對于高心墻堆石壩，尤其是300m級超高壩，常用監(jiān)測儀器的管線長度、測量深度、測量精度、儀器損壞率等均超過了最佳使用條件，監(jiān)測技術(shù)的可靠性亟待提高。

當(dāng)前，在心墻內(nèi)設(shè)置壩內(nèi)監(jiān)測廊道、在廊道內(nèi)分層分段布設(shè)監(jiān)測儀器，成為高心墻堆石壩變形監(jiān)測的一項新技術(shù)。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)為：一是在廊道內(nèi)分層分段布置監(jiān)測儀器，可縮短管線牽引長度、降低儀器損壞率、提高測讀精度；二是廊道自身可承擔(dān)一定的監(jiān)測任務(wù)，與傳統(tǒng)儀器相互校驗，提高監(jiān)測結(jié)果的可靠性；三是水庫運(yùn)行期，管理人員可定期進(jìn)入壩內(nèi)巡視檢查，若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)施發(fā)生損壞，可及時進(jìn)行修復(fù)；四是監(jiān)測廊道可兼作觀測房使用，提前形成測站，便于自動化監(jiān)測早日實現(xiàn)，滿足數(shù)字化大壩要求。

以上措施可較好地解決300m級高土石壩變形監(jiān)測適應(yīng)性的難題。但是，眾所周知，土石壩為大變形結(jié)構(gòu)，三維有限元應(yīng)力變形分析、類似工程經(jīng)驗表明，300m級高壩的最大沉降在3～5m，大致位于1/2壩高的心墻內(nèi)，且心墻與岸坡之間的最大剪切變形也超過了1m；另一方面，廊道外壁既要承受約1～3mpa的有效土壓力，又要承受0.5～2.5mpa的心墻滲透孔隙水壓力。為了適應(yīng)柔性心墻三向大變形、岸坡剪切變形以及廊道自身復(fù)雜受力條件，工程設(shè)計中的普遍做法是將剛性廊道沿壩軸縱向設(shè)置垂直結(jié)構(gòu)縫，但這一措施卻面臨著變形協(xié)調(diào)、滲流安全控制方面的難題，無疑也對接縫止水結(jié)構(gòu)的有效性、可靠性、安全性及耐久性等提出了很高的要求。

從滿足結(jié)構(gòu)使用條件出發(fā)，心墻內(nèi)部廊道接縫止水結(jié)構(gòu)至少需滿足以下三個方面的要求：

1）適應(yīng)三向大變形條件，止水結(jié)構(gòu)不被破壞，滿足安全性及耐久性的要求；2）承受高水壓力作用，接縫止水材料仍具有良好的防滲止水效果；3）不致使混凝土廊道與周圍心墻土體之間發(fā)生接觸滲透破壞，滿足抗?jié)B穩(wěn)定要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫止水方法及結(jié)構(gòu)，以解決上述接縫止水結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，使結(jié)構(gòu)本身既能適應(yīng)心墻廊道的三向大變形條件，又具有良好的防滲抗?jié)B效果，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫止水方法，該方法是根據(jù)廊道受壓、受拉區(qū)域的分布范圍以及廊道分縫長度及型式，采用三維有限元分析法和類似工程經(jīng)驗類比法確定高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫的寬度a；廊道接縫兩側(cè)的廊道通過w型銅片止水連接，w型銅片止水分為兩段，其中一段w型銅片止水預(yù)埋在其中一段廊道的端部，另一段w型銅片止水預(yù)埋在另一段廊道的端部；在高心墻堆石壩心墻施工期間兩段w型銅片止水不連接，以防止高心墻堆石壩心墻施工期間廊道的錯位變形對接縫處w型銅片止水造成剪切破壞；當(dāng)高心墻堆石壩心墻施工完成在蓄水前將兩段w型銅片止水焊接在一起；為了方便焊接在其中一段廊道的端部預(yù)留二期混凝土澆筑腔，焊接在二期混凝土澆筑腔內(nèi)完成，當(dāng)焊接完成后再進(jìn)行二期混凝土澆筑。

上述方法中，所述w型銅片止水采用雙層w型銅片止水，兩層w型銅片止水均選用耐久性好的銅板彎制成w型，w型銅片止水上設(shè)有止水鼻子，止水鼻子位于接縫內(nèi)，接縫填充有sr柔性止水材料形成具有三向變形能力的三重止水結(jié)構(gòu)。

按上述方法形成的本發(fā)明的一種高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫止水結(jié)構(gòu)為，該結(jié)構(gòu)包括左廊道和右廊道，左廊道與右廊道之間設(shè)有接縫；左廊道端部預(yù)埋有內(nèi)層左止水和外層左止水，內(nèi)層左止水和外層左止水上均設(shè)有止水鼻子，止水鼻子位于接縫內(nèi)；接縫內(nèi)填充有sr柔性止水材料；右廊道端部預(yù)埋有內(nèi)層右止水和外層右止水，內(nèi)層右止水和外層右止水的一端預(yù)埋在右廊道的鋼筋混凝土內(nèi)，另一端位于右廊道端部內(nèi)壁的二期混凝土澆筑腔內(nèi)；內(nèi)層左止水與內(nèi)層右止水在二期混凝土澆筑腔內(nèi)焊接，焊縫為重疊焊；外層左止水與外層右止水在二期混凝土澆筑腔內(nèi)焊接，焊縫為重疊焊；二期混凝土澆筑腔內(nèi)填充有二期混凝土，二期混凝土與右廊道的鋼筋混凝土之間設(shè)有一組插筋；左廊道和右廊道的外壁設(shè)有土工布層；土工布層外堆積有土石料。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用三維有限元分析法、類似工程經(jīng)驗類比法，合理判別廊道受壓、受拉區(qū)的分布范圍，以及廊道分縫長度及型式，建立了科學(xué)的縫寬估算方法；采取在廊道一端預(yù)留二期混凝土，施工期廊道可自由變形，銅片止水在蓄水前焊接這一特殊工藝措施，有效規(guī)避了施工期的變形（占總變形約80%），大大降低了錯位變形對接縫止水剪切破壞的影響；根據(jù)接縫止水材料抗?jié)B、抗剪破壞試驗研究，選用耐久性好的“w”型銅片止水，沿廊道四周雙層布置，縫內(nèi)填充sr柔性止水材料，三重保險；銅片止水鼻子預(yù)留較大伸縮度，適應(yīng)三向變形能力強(qiáng)；廊道外壁包裹土工織布，與反濾料形成科學(xué)排水系統(tǒng)，大大降低了接觸滲透破壞的風(fēng)險，“堵排結(jié)合”措施，科學(xué)、安全、可靠；本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、易于理解、施工方便、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，同時還可適應(yīng)于埋置于柔性土石材料內(nèi)，具有嚴(yán)格的“適應(yīng)變形、防滲抗?jié)B”要求的其他剛性構(gòu)筑物，適用性強(qiáng)，便于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是接縫處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是廊道不等寬接縫示意圖；

圖4是w型銅片止水橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記為：1-左廊道、2-右廊道、3-接縫、4-內(nèi)層左止水、5-外層左止水、6-止水鼻子、7-sr柔性止水材料、8-內(nèi)層右止水、9-外層右止水、10-二期混凝土澆筑腔、11-焊縫、12-二期混凝土、13-插筋、14-土工布層、15-土石料。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制。

本發(fā)明的一種高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫止水方法，如圖1和2所示，該方法是根據(jù)廊道受壓、受拉區(qū)域的分布范圍以及廊道分縫長度及型式，采用三維有限元分析法和類似工程經(jīng)驗類比法確定高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫的寬度a；廊道接縫兩側(cè)的廊道通過w型銅片止水連接，w型銅片止水分為兩段，其中一段w型銅片止水預(yù)埋在其中一段廊道的端部，另一段w型銅片止水預(yù)埋在另一段廊道的端部；在高心墻堆石壩心墻施工期間兩段w型銅片止水不連接，以防止高心墻堆石壩心墻施工期間廊道的錯位變形對接縫處w型銅片止水造成剪切破壞；當(dāng)高心墻堆石壩心墻施工完成在蓄水前將兩段w型銅片止水焊接在一起；為了方便焊接在其中一段廊道的端部預(yù)留二期混凝土澆筑腔，焊接在二期混凝土澆筑腔內(nèi)完成，當(dāng)焊接完成后再進(jìn)行二期混凝土澆筑。w型銅片止水采用雙層w型銅片止水，兩層w型銅片止水均選用耐久性好的銅板彎制成w型，w型銅片止水上設(shè)有止水鼻子，止水鼻子位于接縫內(nèi)，接縫填充有sr柔性止水材料形成具有三向變形能力的三重止水結(jié)構(gòu)。

按上述方法形成的本發(fā)明的一種高心墻堆石壩心墻內(nèi)部廊道接縫止水結(jié)構(gòu)，包括左廊道1和右廊道2，左廊道1與右廊道2之間設(shè)有接縫3；左廊道1端部預(yù)埋有內(nèi)層左止水4和外層左止水5，內(nèi)層左止水4和外層左止水5上均設(shè)有止水鼻子6，止水鼻子6位于接縫3內(nèi)；接縫3內(nèi)填充有sr柔性止水材料7；右廊道2端部預(yù)埋有內(nèi)層右止水8和外層右止水9，內(nèi)層右止水8和外層右止水9的一端預(yù)埋在右廊道2的鋼筋混凝土內(nèi)，另一端位于右廊道2端部內(nèi)壁的二期混凝土澆筑腔10內(nèi)；內(nèi)層左止水4與內(nèi)層右止水8在二期混凝土澆筑腔10內(nèi)焊接，焊縫11為重疊焊；外層左止水5與外層右止水9在二期混凝土澆筑腔10內(nèi)焊接，焊縫11為重疊焊；二期混凝土澆筑腔10內(nèi)填充有二期混凝土12，二期混凝土12與右廊道2的鋼筋混凝土之間設(shè)有一組插筋13；左廊道1和右廊道2的外壁設(shè)有土工布層14；土工布層14外堆積有土石料15。

實施例

具體實施時，本發(fā)明應(yīng)該首先確定接縫的結(jié)構(gòu)。左廊道1與右廊道2之間的接縫3結(jié)構(gòu)根據(jù)廊道受壓、受拉區(qū)域的分布范圍以及廊道分縫長度及型式，采用三維有限元分析法和類似工程經(jīng)驗類比法確定。具體方法如下：

①確定拉縫和壓縫的范圍

由于心墻受土壓力、水荷載等外部作用，可根據(jù)類似工程經(jīng)驗或三維應(yīng)力變形分析法，確定混凝土廊道的工作狀態(tài)。結(jié)構(gòu)縫的確定應(yīng)考慮廊道沿軸向中間受壓、兩端受拉，沿豎向頂部受壓（或受拉）、底部受拉（或受壓），以及沿豎向上游受壓（或受拉）、下游受拉（或受壓）的情況，合理確定拉縫和壓縫的范圍。

②確定接縫的寬度

為了便于施工，廊道沿壩軸向的分縫宜優(yōu)先考慮采用等寬分縫型式，縫寬不能太小，也不能太大，最小縫寬宜取為10mm，以便在縫中填充柔性彈性止水材料；經(jīng)多個工程三維應(yīng)力變形分析計算，適宜的最大縫寬約100mm。

若考慮沿壩軸向采用不等寬分縫型式，拉性縫寬取最小縫寬10mm，壩軸向位移假定全部由壓性縫承擔(dān)，壓性縫寬可按下述公式1估算。

a=d/n×2（公式1）

式中：

a—分縫寬度（單位為mm）；

n—廊道沿壩軸向的分縫個數(shù)；

d—廊道壩軸向位移，左岸和右岸壩軸向位移的絕對值之和（單位為mm）。

③確定接縫的型式

若根據(jù)三維應(yīng)力變形分析法計算，廊道的應(yīng)力過大，對極有可能產(chǎn)生擠壓破壞的區(qū)域，可考慮采用圖3所示的不等寬接縫。受壓區(qū)縫寬適當(dāng)增大△a，受拉區(qū)縫寬適當(dāng)減小△a。

本例是以等寬接縫為例進(jìn)行說明

本例如圖1和2所示。包括堆石壩（即圖1和2中由土石料15堆積而成的堆石壩）、設(shè)于堆石壩心墻內(nèi)部的監(jiān)測廊道（由圖1和2中的左廊道1和右廊道2構(gòu)成）和設(shè)置在廊道接縫部位的變形結(jié)構(gòu)縫（即圖1和2中的接縫3）。左廊道1和右廊道2均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制結(jié)構(gòu)，左廊道1或右廊道2內(nèi)預(yù)留有二期混凝土澆筑腔10，本例是在右廊道2內(nèi)預(yù)留有二期混凝土澆筑腔10。右廊道2與二期混凝土澆筑腔10之間預(yù)埋有插筋13，插筋13沿右廊道2周邊均布；在接縫3處設(shè)有內(nèi)外雙層w型銅片止水，靠廊道內(nèi)側(cè)為內(nèi)層，靠廊道外側(cè)為外層，每層w型銅片止水均分為兩段，因此外層w型銅片止水可分為外層左止水5和外層右止水9；內(nèi)層w型銅片止水可分為內(nèi)層左止水4和內(nèi)層右止水8；本例中，外層左止水5和內(nèi)層左止水4是預(yù)埋在左廊道1一端的；外層右止水9和內(nèi)層右止水8是預(yù)埋在右廊道2一端的；外層左止水5和內(nèi)層左止水4上均設(shè)有止水鼻子6，止水鼻子6位于接縫3內(nèi)，接縫3內(nèi)填充有sr柔性止水材料，在左廊道1和右廊道2的內(nèi)外壁均鋪設(shè)有1～2層土工布層14。

w型銅片止水繞廊道四周布置；埋入二期混凝土的部分，在施工期處于斷開狀態(tài)，使左廊道1和右廊道2相互獨(dú)立，可沿三向自由變形；在蓄水前再將內(nèi)外層左右止水焊接在一起，焊接時焊縫采用雙面搭接焊，搭接長度不少于20mm；銅片止水外包混凝土保護(hù)層的厚度不少于30cm。然后再進(jìn)行二期混凝土澆筑。

w型銅片止水如圖4所示（圖4中只畫了一層止水的結(jié)構(gòu)，兩層基本類似），具體尺寸主要從接縫寬度、銅片物理力學(xué)性質(zhì)、廊道混凝土厚度、類似工程經(jīng)驗和廊道三維應(yīng)力變形法等方面綜合考慮。其主要尺寸擬定過程如下：

①確定止水鼻的寬度b：根據(jù)接縫寬度a，取0.75a＜b≤a；

②確定止水鼻的高度h：設(shè)混凝土的厚度為h，取0.5h＜h≤0.75h，對于接縫張拉顯著的區(qū)域，止水鼻的高度宜取大值；

③止水銅片伸入混凝土中的長度l及錨固長度，可參照類似工程確定。二期混凝土的澆筑應(yīng)在雙層w型銅片止水焊接完成后施工，預(yù)留二期混凝土的范圍應(yīng)以滿足現(xiàn)場施工條件為宜。