一種面向上游防滲抗裂的碾壓混凝土重力壩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于水利水電工程的，尤其涉及一種面向上游具有功能梯度結(jié)構(gòu)的防滲抗裂的碾壓混凝土重力壩。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)外已建的碾壓混凝土壩470多座，在建設(shè)運行中有些碾壓混凝土壩出現(xiàn)了較為嚴重的工程問題。例如，美國柳溪碾壓混凝土重力壩(1982年，56m)建成后滲漏嚴重；巴西卡馬拉碾壓混凝土重力壩(2002年，50m)蓄水兩年后潰壩；我國福建溪柄碾壓混凝土拱壩(1995，63.5m)層間滲漏嚴重。導(dǎo)致這些問題的關(guān)鍵因素在于碾壓混凝土材料與壩體結(jié)構(gòu)。碾壓混凝土是一種低水泥用量干硬性的混合材料，使用硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)摻和料、水、外加劑、砂和分級控制的粗骨料拌制成無塌落度的干硬性混凝土，和易性相對較差，有別于常態(tài)混凝土。碾壓混凝土材料自身的物理力學(xué)性能指標是良好的，碾壓混凝土壩本體的透水性較弱和常態(tài)混凝土相差不大，而層縫面的透水性較大，無論從抗?jié)B能力，還是從結(jié)構(gòu)強度上看，層縫面都是壩體中的薄弱面，往往會成為壩體滲透水流的主要通道。當(dāng)大壩擋水運行后，在高水頭作用下水進入裂縫形成劈縫力，使裂縫擴展為規(guī)模較大的劈頭裂縫，嚴重影響大壩的耐久性和安全性，對碾壓混凝土重力壩防滲結(jié)構(gòu)提出了特殊要求。
[0003]為了提高碾壓混凝土壩體的防滲性能，減少滲透水量，降低壩體層面上的揚壓力，降低排水幕上游面混凝土中和防滲結(jié)構(gòu)中的水力比降，防止發(fā)生水力擊穿等滲透破壞現(xiàn)象，需要專門進行防滲設(shè)計。常見的碾壓混凝土壩防滲結(jié)構(gòu)包括“金包銀”防滲、薄層防滲、薄膜防滲、瀝青混合料防滲、以碾壓混凝土自身防滲為基礎(chǔ)的聯(lián)合防滲、鋼筋混凝土面板防滲和變態(tài)混凝土防滲結(jié)構(gòu)等。例如，日本常在碾壓混凝土壩的上游面現(xiàn)澆2?3m厚常規(guī)混凝土作防滲體；原蘇聯(lián)布列亞碾壓混凝土壩，澆筑這樣的防滲體厚達14m，加上基礎(chǔ)部位和下游壩坡，以及壩頂部位的現(xiàn)澆混凝土(金包銀式)，常態(tài)混凝土方量約占40%，增加了施工中的干擾，外部現(xiàn)澆常規(guī)混凝土的水泥用量多，干縮大，反而易出現(xiàn)裂縫；美國RCC法在初期大壩斷面全部采用碾壓混凝土，但滲漏嚴重，后來改進而在上游壩面設(shè)置常態(tài)混凝土防滲層(厚度約為Im)或止水薄膜；墨西哥Trigomil壩(100m高)和澳大利亞Copperf ild壩(40m高)則是在上游壩坡粘貼聚氯乙烯薄膜；我國坑口壩是在上游面鋪一層6cm的瀝青砂漿。
[0004]傳統(tǒng)碾壓混凝土重力壩的斷面設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是按照常態(tài)混凝土壩的應(yīng)力和穩(wěn)定要求進行的。骨料和膠凝材料用量決定了碾壓混凝土材料特性，結(jié)合施工工藝考慮，進而決定了不同的壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計。功能梯度設(shè)計思想是在材料的制備過程中，連續(xù)地控制各組分含量的分布，使材料宏觀特性在空間位置上呈現(xiàn)梯度變化，從而滿足結(jié)構(gòu)不同部位對材料使用性能的不同要求，達到優(yōu)化結(jié)構(gòu)整體使用性能的目的。引入功能梯度的思想，在壩體不同區(qū)域應(yīng)用不同彈性模量的混凝土材料，使其具有功能梯度的特性，進而可以改善重力壩壩體應(yīng)力分布情況，從而達到減小壩踵附近拉應(yīng)力和壩趾附近壓應(yīng)力的目的，適應(yīng)高碾壓混凝土壩更高的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，是為進一步提高碾壓混凝土壩體的防滲抗裂性能，提供一種可降低壩體層面上的揚壓力，減少滲透水量，降低防滲結(jié)構(gòu)和排水幕上游面混凝土中的水力比降的一種面向上游防滲抗裂的碾壓混凝土重力壩功能梯度結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有方便施工、抗?jié)B和抗裂性能好、耐久性強的特點。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。
[0007]一種面向上游防滲抗裂的碾壓混凝土重力壩，包括壩體3、壩體頂層1、壩體墊層2，其特征在于，所述壩體3面向上游設(shè)置有防滲抗裂保護層4，防滲抗裂保護層4與壩體3之間設(shè)置有過渡結(jié)合層5 ;壩體3內(nèi)每1/3高程在與過渡結(jié)合層5邊界處分別設(shè)置有排水廊道7，在壩體3的下部、臨近壩體墊層2的部位設(shè)置有壩體反濾層6 ;在靠近壩體3的上游一側(cè)設(shè)置有多個縱向排水管8，縱向排水管8為預(yù)制多孔混凝土管，以匯集滲透水量；縱向排水管8與各個排水廊道7為直通式連接；最下層排水廊道7沿水平方向設(shè)置有橫向排水管9，滲透水量經(jīng)縱向排水管8進入排水廊道7后再經(jīng)由橫向排水管9自流或用水泵排向下游。
[0008]所述的防滲抗裂保護層4為摻加高效減水劑和膨脹劑的無細觀界面過渡區(qū)水泥基材料的高流動性抗?jié)B混凝土。
[0009]該碾壓混凝土重力壩的高度為100?200m ;壩體頂層I的寬度為20?30m，厚度為10?20m ;壩體墊層2的寬度為80?150m，厚度為3?5m ;下游壩體的坡度為50?70°。
[0010]防滲抗裂保護層4的寬度為0.5m?1.5m ;過渡結(jié)合層5的寬度為3m?5m。
[0011]排水廊道7為3mX 2.5m方圓形廊道。
[0012]縱向排水管8至上游面的距離不小于壩前水深的1/10?1/12，且彡2m，其內(nèi)徑為15?25cm，間距為2?3m。
[0013]所述壩體墊層2與壩體頂層I均為三級配高抗?jié)B抗凍等級常態(tài)混凝土，其抗?jié)B等級不小于W8，抗凍等級不小于F100。
[0014]所述過渡結(jié)合層5為二級配碾壓混凝土防滲層，其抗?jié)B等級不小于W10，抗凍等級不小于F150。
[0015]所述壩體3為低抗?jié)B抗凍等級貧膠凝三級配碾壓混凝土，抗?jié)B等級不小于W6，抗凍等級不小于FlOO。
[0016]所述防滲抗裂保護層4所摻加的高效減水劑為ASP類氨基磺酸減水劑，其起泡高度不超過2cm、吸附量小于10mg/g，所摻加的膨脹劑為低堿UEA牌硫鋁酸鈣類膨脹劑。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018](I)本發(fā)明的具有功能梯度結(jié)構(gòu)的碾壓混凝土重力壩具有抗?jié)B和抗裂性能好，耐久性強，保證了結(jié)構(gòu)的實用性和耐久性。
[0019](2)高流動性混凝土在免振或輕微振搗的條件下即可對鋼筋密集、空間狹窄、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進行施工，施工方便。
[0020](3)高流動性混凝土在摻加具有引氣、保坍、緩凝、抗裂作用的復(fù)合高效減水劑后，其既具有較高的流動性和抗離析性，硬化后又具有較高的強度，抗?jié)B性能提高150% ;無細觀界面過渡區(qū)水泥基材料有效阻斷了裂縫連接通道，增加了整體結(jié)構(gòu)密實度，抗?jié)B性能得到大幅度改善，增加了結(jié)構(gòu)服役壽命。(4)該結(jié)構(gòu)梯度功能自上游水流方向依次為防滲防裂保護層、過渡結(jié)合層兩個功能層，實現(xiàn)碾壓混凝土重力壩上游防滲抗裂、內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的功能-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的碾壓混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1的縱向排水管與排水廊道的直通式連接示意圖。
[0023]附圖標記如下:
[0024]1---壩體頂層2---壩體墊層
[0025]3---壩體4---防滲抗裂保護層
[0026]5---過度結(jié)合層6---壩體反濾層
[0027]7---排水廊道8---縱向排水管
[0028]9---橫向排水管
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0030]某水利水電工程樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪建筑物、左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等水工建筑物組成，碾壓混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計是該工程的核心。如圖1所示，該大壩非溢流壩段擬采用本發(fā)明的技術(shù)方案，上游壩坡上部直立，下部坡度為1:0.2，下游壩坡度為1:0.6。重力壩的高度為184m ;壩體