一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水方法及结构与流程

本发明涉及一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水方法及结构，属于水利水电工程技术领域。

背景技术：

心墙作为高心墙堆石坝防渗的主体，其变形监测至关重要。若心墙与坝壳堆石体、心墙与岸坡接触带之间的不均匀变形量过大，就会引起心墙产生裂缝，严重时会诱发水力劈裂，影响大坝安全。为了实时掌握大坝施工及运行性状，一直以来变形监测是高心墙堆石坝必不可少的一项重要内容。传统的心墙变形监测技术通常是在心墙内直接埋设水管式沉降仪、电磁式沉降仪、引张线水平位移计、测斜管等监测仪器，该方法对中低坝的适应性较好，但对于高心墙堆石坝，尤其是300m级超高坝，常用监测仪器的管线长度、测量深度、测量精度、仪器损坏率等均超过了最佳使用条件，监测技术的可靠性亟待提高。

当前，在心墙内设置坝内监测廊道、在廊道内分层分段布设监测仪器，成为高心墙堆石坝变形监测的一项新技术。该技术的主要优点为：一是在廊道内分层分段布置监测仪器，可缩短管线牵引长度、降低仪器损坏率、提高测读精度；二是廊道自身可承担一定的监测任务，与传统仪器相互校验，提高监测结果的可靠性；三是水库运行期，管理人员可定期进入坝内巡视检查，若发现监测设施发生损坏，可及时进行修复；四是监测廊道可兼作观测房使用，提前形成测站，便于自动化监测早日实现，满足数字化大坝要求。

以上措施可较好地解决300m级高土石坝变形监测适应性的难题。但是，众所周知，土石坝为大变形结构，三维有限元应力变形分析、类似工程经验表明，300m级高坝的最大沉降在3～5m，大致位于1/2坝高的心墙内，且心墙与岸坡之间的最大剪切变形也超过了1m；另一方面，廊道外壁既要承受约1～3mpa的有效土压力，又要承受0.5～2.5mpa的心墙渗透孔隙水压力。为了适应柔性心墙三向大变形、岸坡剪切变形以及廊道自身复杂受力条件，工程设计中的普遍做法是将刚性廊道沿坝轴纵向设置垂直结构缝，但这一措施却面临着变形协调、渗流安全控制方面的难题，无疑也对接缝止水结构的有效性、可靠性、安全性及耐久性等提出了很高的要求。

从满足结构使用条件出发，心墙内部廊道接缝止水结构至少需满足以下三个方面的要求：

1）适应三向大变形条件，止水结构不被破坏，满足安全性及耐久性的要求；2）承受高水压力作用，接缝止水材料仍具有良好的防渗止水效果；3）不致使混凝土廊道与周围心墙土体之间发生接触渗透破坏，满足抗渗稳定要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水方法及结构，以解决上述接缝止水结构设计中的重点、难点问题，使结构本身既能适应心墙廊道的三向大变形条件，又具有良好的防渗抗渗效果，从而克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水方法，该方法是根据廊道受压、受拉区域的分布范围以及廊道分缝长度及型式，采用三维有限元分析法和类似工程经验类比法确定高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝的宽度a；廊道接缝两侧的廊道通过w型铜片止水连接，w型铜片止水分为两段，其中一段w型铜片止水预埋在其中一段廊道的端部，另一段w型铜片止水预埋在另一段廊道的端部；在高心墙堆石坝心墙施工期间两段w型铜片止水不连接，以防止高心墙堆石坝心墙施工期间廊道的错位变形对接缝处w型铜片止水造成剪切破坏；当高心墙堆石坝心墙施工完成在蓄水前将两段w型铜片止水焊接在一起；为了方便焊接在其中一段廊道的端部预留二期混凝土浇筑腔，焊接在二期混凝土浇筑腔内完成，当焊接完成后再进行二期混凝土浇筑。

上述方法中，所述w型铜片止水采用双层w型铜片止水，两层w型铜片止水均选用耐久性好的铜板弯制成w型，w型铜片止水上设有止水鼻子，止水鼻子位于接缝内，接缝填充有sr柔性止水材料形成具有三向变形能力的三重止水结构。

按上述方法形成的本发明的一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水结构为，该结构包括左廊道和右廊道，左廊道与右廊道之间设有接缝；左廊道端部预埋有内层左止水和外层左止水，内层左止水和外层左止水上均设有止水鼻子，止水鼻子位于接缝内；接缝内填充有sr柔性止水材料；右廊道端部预埋有内层右止水和外层右止水，内层右止水和外层右止水的一端预埋在右廊道的钢筋混凝土内，另一端位于右廊道端部内壁的二期混凝土浇筑腔内；内层左止水与内层右止水在二期混凝土浇筑腔内焊接，焊缝为重叠焊；外层左止水与外层右止水在二期混凝土浇筑腔内焊接，焊缝为重叠焊；二期混凝土浇筑腔内填充有二期混凝土，二期混凝土与右廊道的钢筋混凝土之间设有一组插筋；左廊道和右廊道的外壁设有土工布层；土工布层外堆积有土石料。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明采用三维有限元分析法、类似工程经验类比法，合理判别廊道受压、受拉区的分布范围，以及廊道分缝长度及型式，建立了科学的缝宽估算方法；采取在廊道一端预留二期混凝土，施工期廊道可自由变形，铜片止水在蓄水前焊接这一特殊工艺措施，有效规避了施工期的变形（占总变形约80%），大大降低了错位变形对接缝止水剪切破坏的影响；根据接缝止水材料抗渗、抗剪破坏试验研究，选用耐久性好的“w”型铜片止水，沿廊道四周双层布置，缝内填充sr柔性止水材料，三重保险；铜片止水鼻子预留较大伸缩度，适应三向变形能力强；廊道外壁包裹土工织布，与反滤料形成科学排水系统，大大降低了接触渗透破坏的风险，“堵排结合”措施，科学、安全、可靠；本发明具有结构简单、易于理解、施工方便、经济等特点，同时还可适应于埋置于柔性土石材料内，具有严格的“适应变形、防渗抗渗”要求的其他刚性构筑物，适用性强，便于推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是接缝处的结构示意图；

图3是廊道不等宽接缝示意图；

图4是w型铜片止水横断面结构示意图。

图中标记为：1-左廊道、2-右廊道、3-接缝、4-内层左止水、5-外层左止水、6-止水鼻子、7-sr柔性止水材料、8-内层右止水、9-外层右止水、10-二期混凝土浇筑腔、11-焊缝、12-二期混凝土、13-插筋、14-土工布层、15-土石料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

本发明的一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水方法，如图1和2所示，该方法是根据廊道受压、受拉区域的分布范围以及廊道分缝长度及型式，采用三维有限元分析法和类似工程经验类比法确定高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝的宽度a；廊道接缝两侧的廊道通过w型铜片止水连接，w型铜片止水分为两段，其中一段w型铜片止水预埋在其中一段廊道的端部，另一段w型铜片止水预埋在另一段廊道的端部；在高心墙堆石坝心墙施工期间两段w型铜片止水不连接，以防止高心墙堆石坝心墙施工期间廊道的错位变形对接缝处w型铜片止水造成剪切破坏；当高心墙堆石坝心墙施工完成在蓄水前将两段w型铜片止水焊接在一起；为了方便焊接在其中一段廊道的端部预留二期混凝土浇筑腔，焊接在二期混凝土浇筑腔内完成，当焊接完成后再进行二期混凝土浇筑。w型铜片止水采用双层w型铜片止水，两层w型铜片止水均选用耐久性好的铜板弯制成w型，w型铜片止水上设有止水鼻子，止水鼻子位于接缝内，接缝填充有sr柔性止水材料形成具有三向变形能力的三重止水结构。

按上述方法形成的本发明的一种高心墙堆石坝心墙内部廊道接缝止水结构，包括左廊道1和右廊道2，左廊道1与右廊道2之间设有接缝3；左廊道1端部预埋有内层左止水4和外层左止水5，内层左止水4和外层左止水5上均设有止水鼻子6，止水鼻子6位于接缝3内；接缝3内填充有sr柔性止水材料7；右廊道2端部预埋有内层右止水8和外层右止水9，内层右止水8和外层右止水9的一端预埋在右廊道2的钢筋混凝土内，另一端位于右廊道2端部内壁的二期混凝土浇筑腔10内；内层左止水4与内层右止水8在二期混凝土浇筑腔10内焊接，焊缝11为重叠焊；外层左止水5与外层右止水9在二期混凝土浇筑腔10内焊接，焊缝11为重叠焊；二期混凝土浇筑腔10内填充有二期混凝土12，二期混凝土12与右廊道2的钢筋混凝土之间设有一组插筋13；左廊道1和右廊道2的外壁设有土工布层14；土工布层14外堆积有土石料15。

实施例

具体实施时，本发明应该首先确定接缝的结构。左廊道1与右廊道2之间的接缝3结构根据廊道受压、受拉区域的分布范围以及廊道分缝长度及型式，采用三维有限元分析法和类似工程经验类比法确定。具体方法如下：

①确定拉缝和压缝的范围

由于心墙受土压力、水荷载等外部作用，可根据类似工程经验或三维应力变形分析法，确定混凝土廊道的工作状态。结构缝的确定应考虑廊道沿轴向中间受压、两端受拉，沿竖向顶部受压（或受拉）、底部受拉（或受压），以及沿竖向上游受压（或受拉）、下游受拉（或受压）的情况，合理确定拉缝和压缝的范围。

②确定接缝的宽度

为了便于施工，廊道沿坝轴向的分缝宜优先考虑采用等宽分缝型式，缝宽不能太小，也不能太大，最小缝宽宜取为10mm，以便在缝中填充柔性弹性止水材料；经多个工程三维应力变形分析计算，适宜的最大缝宽约100mm。

若考虑沿坝轴向采用不等宽分缝型式，拉性缝宽取最小缝宽10mm，坝轴向位移假定全部由压性缝承担，压性缝宽可按下述公式1估算。

a=d/n×2（公式1）

式中：

a—分缝宽度（单位为mm）；

n—廊道沿坝轴向的分缝个数；

d—廊道坝轴向位移，左岸和右岸坝轴向位移的绝对值之和（单位为mm）。

③确定接缝的型式

若根据三维应力变形分析法计算，廊道的应力过大，对极有可能产生挤压破坏的区域，可考虑采用图3所示的不等宽接缝。受压区缝宽适当增大△a，受拉区缝宽适当减小△a。

本例是以等宽接缝为例进行说明

本例如图1和2所示。包括堆石坝（即图1和2中由土石料15堆积而成的堆石坝）、设于堆石坝心墙内部的监测廊道（由图1和2中的左廊道1和右廊道2构成）和设置在廊道接缝部位的变形结构缝（即图1和2中的接缝3）。左廊道1和右廊道2均为钢筋混凝土现浇或预制结构，左廊道1或右廊道2内预留有二期混凝土浇筑腔10，本例是在右廊道2内预留有二期混凝土浇筑腔10。右廊道2与二期混凝土浇筑腔10之间预埋有插筋13，插筋13沿右廊道2周边均布；在接缝3处设有内外双层w型铜片止水，靠廊道内侧为内层，靠廊道外侧为外层，每层w型铜片止水均分为两段，因此外层w型铜片止水可分为外层左止水5和外层右止水9；内层w型铜片止水可分为内层左止水4和内层右止水8；本例中，外层左止水5和内层左止水4是预埋在左廊道1一端的；外层右止水9和内层右止水8是预埋在右廊道2一端的；外层左止水5和内层左止水4上均设有止水鼻子6，止水鼻子6位于接缝3内，接缝3内填充有sr柔性止水材料，在左廊道1和右廊道2的内外壁均铺设有1～2层土工布层14。

w型铜片止水绕廊道四周布置；埋入二期混凝土的部分，在施工期处于断开状态，使左廊道1和右廊道2相互独立，可沿三向自由变形；在蓄水前再将内外层左右止水焊接在一起，焊接时焊缝采用双面搭接焊，搭接长度不少于20mm；铜片止水外包混凝土保护层的厚度不少于30cm。然后再进行二期混凝土浇筑。

w型铜片止水如图4所示（图4中只画了一层止水的结构，两层基本类似），具体尺寸主要从接缝宽度、铜片物理力学性质、廊道混凝土厚度、类似工程经验和廊道三维应力变形法等方面综合考虑。其主要尺寸拟定过程如下：

①确定止水鼻的宽度b：根据接缝宽度a，取0.75a＜b≤a；

②确定止水鼻的高度h：设混凝土的厚度为h，取0.5h＜h≤0.75h，对于接缝张拉显著的区域，止水鼻的高度宜取大值；

③止水铜片伸入混凝土中的长度l及锚固长度，可参照类似工程确定。二期混凝土的浇筑应在双层w型铜片止水焊接完成后施工，预留二期混凝土的范围应以满足现场施工条件为宜。