一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型及其建造方法

摘要

发明提供一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型及其建造方法。该组合坝型包括土质心墙堆石坝段和混凝土重力坝段，以及衔接土质心墙堆石坝段和混凝土重力坝段的混凝土过渡坝段。所述土质心墙堆石坝段从上游侧到下游侧依次为上游堆石区、上游反滤区、土质心墙区、下游反滤区和下游堆石区。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、土质心墙堆石坝段施工等步骤。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。

权利要求

1.一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型，其特征在于，包括土质心墙堆石坝段（1）和混凝土重力坝段（2），以及衔接土质心墙堆石坝段（1）和混凝土重力坝段（2）的混凝土过渡坝段（3）；

所述土质心墙堆石坝段（1）从上游侧到下游侧依次为上游堆石区（101）、上游反滤区（102）、土质心墙区（103）、下游反滤区（104）和下游堆石区（105）；所述土质心墙区（103）的地基中设置有横河向的防渗帷幕Ⅰ（401）；

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）的地基中设置有横河向的防渗帷幕Ⅱ（402）；

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）；

所述上游衡重式挡墙（301）的墙背与上游堆石区（101）及上游反滤区（102）接触；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；所述下游衡重式挡墙（303）的墙背与下游堆石区（105）及下游反滤区（104）接触；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；

所述中间俯斜式重力坝（302）的俯斜面（3021）与土质心墙区（103）接触，直立面（3022）与混凝土重力坝段（2）接触；所述俯斜面（3021）上设置有凹槽（30211）；所述土质心墙区（103）嵌入凹槽（30211）内；所述土质心墙区（103）嵌入凹槽（30211）部分的端面与凹槽（30211）的槽底间设置有高塑性黏土层（303）；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）的地基中设有横河向的防渗帷幕Ⅲ（403）；

所述防渗帷幕Ⅰ（401）、防渗帷幕Ⅱ（402）和防渗帷幕Ⅲ（403）相互连接为整体，共同构成坝基防渗帷幕（4）。

2.根据权利要求1所述的一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型，其特征在于：所述混凝土重力坝段（2）在坝顶设置有泄洪溢流堰。

3.根据权利要求1所述的一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型，其特征在于：所述混凝土重力坝段（2）的坝身上设置有泄洪孔。

4.根据权利要求1所述的一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型，其特征在于：所述凹槽（30211）的槽宽由上至下逐渐变大，且各位置槽宽大于对应位置土质心墙区（103）的厚度；所述凹槽（30211）的槽深≥50cm。

5.一种关于权利要求1所述土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型的建造方法，其特征在于，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（3）和混凝土重力坝段（2）的施工；

4)依据设计的坝体结构，进行土质心墙堆石坝段（1）的施工。

说明书

一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型及其建造

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水利工程中的水工结构工程领域，具体涉及一种由拱坝和重力坝组合的新型坝型及其建造方法。

背景技术

[0002] 土质心墙堆石坝是坝体中部设置黏土墙、掺砾黏土墙或砾质土墙作为防渗体、防渗体两侧设置反滤层、反滤层两侧为堆石体的土石坝，这种坝的优点是可充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法比较简便，抗震性能好等。由于具有上述优越性，土质心墙堆石坝被大量应用，已建和在建的许多高坝都采用了这种坝型。尽管如此，土质心墙坝的缺点也是不容忽视的。由于坝体是用土石料填筑的，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土质心墙堆石坝能否被选用的关键因素之一。

[0003] 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。相比土质心墙堆石坝，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。

[0004] 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，土质心墙堆石坝似乎可以选择，但是，由于河谷开阔且不具备布置岸边溢洪道条件，使得土质心墙堆石坝的实施难度陡增。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

[0005] 本发明的目的是提供一种土质心墙堆石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。

[0006] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型，包括土质心墙堆石坝段和混凝土重力坝段，以及衔接土质心墙堆石坝段和混凝土重力坝段的混凝土过渡坝段。

[0007] 所述土质心墙堆石坝段从上游侧到下游侧依次为上游堆石区、上游反滤区、土质心墙区、下游反滤区和下游堆石区。所述土质心墙区的地基中设置有横河向的防渗帷幕Ⅰ。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 所述上游衡重式挡墙的墙背与上游堆石区及上游反滤区接触。所述下游衡重式挡墙的墙背与下游堆石区及下游反滤区接触。

[0011] 所述中间俯斜式重力坝的俯斜面与土质心墙区接触，直立面与混凝土重力坝段接触。所述俯斜面上设置有凹槽。所述土质心墙区嵌入凹槽内。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。

[0012] 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。

[0013] 进一步，所述混凝土重力坝段在坝顶设置有泄洪溢流堰。

[0014] 进一步，所述混凝土重力坝段的坝身上设置有泄洪孔。

[0015] 进一步，所述凹槽的槽宽由上至下逐渐变大，且各位置槽宽大于对应位置土质心墙区的厚度。所述凹槽的槽深≥50cm。

[0016] 进一步，所述土质心墙区嵌入凹槽部分的端面与凹槽的槽底间设置有高塑性黏土层。所述直立面与混凝土重力坝段的接缝处充填有止水材料。

[0017] 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。

[0018] 本发明还提供一种关于上述土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型的建造方法，包括以下步骤：

[0019] 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。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 4)依据设计的坝体结构，进行土质心墙堆石坝段的施工。

[0023] 本发明的技术效果是毋庸置疑的：

[0024] A.组合坝型适用性广泛，经济性好，可充分发挥土质心墙堆石坝和混凝土重力坝的优点；

[0025] B.组合坝型的混凝土过渡坝段有效解决了土质心墙堆石坝段与混凝土重力坝段的连接问题，确保了土质心墙堆石坝段上游堆石坝体和下游堆石坝体的侧向稳定性；

[0026] C.沥青混凝土心墙端部防渗效果简洁可靠。

附图说明

[0027] 图1为组合坝型结构示意图；

[0028] 图2为A-A剖视图；

[0029] 图3为B-B剖视图；

[0030] 图4为C-C剖视图；

[0031] 图5为D-D剖视图；

[0032] 图6为E-E剖视图；

[0033] 图7为中间俯斜式重力坝结构示意图；

[0034] 图8为中间俯斜式重力坝与土质心墙区连接示意图。

[0035] 图中：土质心墙堆石坝段1、上游堆石区101、上游反滤区102、土质心墙区103、下游反滤区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、凹槽30211、直立面3022、高塑性黏土层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

[0036] 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。

[0037] 实施例1：

[0038] 本实施例公开一种土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型，包括土质心墙堆石坝段1和混凝土重力坝段2，以及衔接土质心墙堆石坝段1和混凝土重力坝段2的混凝土过渡坝段3。

[0039] 参见图2，在本实施例中，所述土质心墙堆石坝段1覆盖坝址区河床覆盖层深厚的区域。参见图3，所述土质心墙堆石坝段1从上游侧到下游侧依次为上游堆石区101、上游反滤区102、土质心墙区103、下游反滤区104和下游堆石区105。所述土质心墙区103的地基中设置有防渗帷幕Ⅰ401等覆盖层防渗结构。所述上游反滤区102设置在土质心墙区103的上游侧。所述下游反滤区104设置在土质心墙区103的下游侧。所述上游反滤区102和下游反滤区104均与土质心墙区103紧贴。所述上游反滤区102、下游反滤区104和土质心墙区103高度相等。所述上游堆石区101设置在上游反滤区102的上游侧。所述下游堆石区105设置在下游反滤区104的下游侧。所述上游堆石区101与上游反滤区102紧贴。所述下游堆石区105与下游反滤区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。

[0040] 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的坝顶高程等于土质心墙堆石坝段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。

[0041] 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。

[0042] 参见图1，所述上游衡重式挡墙301的墙背与上游堆石区101及上游反滤区102接触。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，顶面高程与土质心墙堆石坝段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。

[0043] 所述下游衡重式挡墙303的墙背与下游反滤区104及下游堆石区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，顶面高程与土质心墙堆石坝段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。

[0044] 参见图1，所述中间俯斜式重力坝302的俯斜面3021与土质心墙区103相互交界，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上设置有凹槽30211。所述土质心墙区103自土质心墙堆石坝段1向中间俯斜式重力坝302坝身内延伸并嵌入凹槽30211内，嵌入部分的端面与凹槽30211的槽底间设置有高塑性黏土层303。所述高塑性黏土层303的厚度为20～30cm。所述凹槽30211的槽宽由上至下逐渐变大，且各位置槽宽大于对应位置土质心墙区103的厚度。所述凹槽30211的槽深≥50cm。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。

[0045] 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。

[0046] 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，大幅拓展了土质心墙堆石坝和混凝土重力坝的适用范围。

[0047] 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。

[0048] 实施例2：

[0049] 本实施例公开一种关于实施例1所述土质心墙堆石坝与混凝土重力坝的组合坝型的建造方法，包括以下步骤：

[0050] 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。

[0051] 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、开挖土质心墙堆石坝段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。

[0052] 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。

[0053] 4)依据设计的坝体结构，进行土质心墙堆石坝段1的施工。