一种堆石坝抗爆韧性面板结构及施工方法

本发明涉及土木水利工程，尤其涉及一种堆石坝抗爆韧性面板结构及施工方法。

背景技术：

1、混凝土面板堆石坝具有材料利用率高、施工速度快、维护成本低、水库调节能力强等优势，越来越多应用于水电站坝体建设中，得到广泛应用。

2、近年来，国际局势动荡，局部战争频发，高坝大库常由于遭受破坏后长待来巨大的破坏效应，常常被定义为高价值的打击目标。因此，提高大坝抗震韧性是保障大坝正常运行及抗军事打击的关键工作，具有重大的社会及军事应用价值。

3、目前，我国面板堆石坝多为普通混凝土面板堆石坝，设计中仅考虑正常工作性能，未考虑爆炸等特殊环境的影响，因此，面板堆石坝的抗爆能力及抗军事打击能力普遍不足。同时，堆石坝中的普通混凝土面板由于抗变形尤其抗拉变形能力弱，在正常使用过程中通常出现荷载作用引起的结构性裂缝、混凝土材料本身的收缩裂缝以及大体积混凝土浇筑产生的温度裂缝，面板开裂也称为坝体抗渗性能的一个重要威胁。近年来，韧性理论在城市防灾及工程抗震领域得到不断发展，韧性要求工程设施具备抵抗、吸收和适应爆炸灾害以及从爆炸灾害中迅速恢复的能力。因此，新型抗爆韧性面板堆石坝的研发是确保国家重大工程设施安全可靠稳定运行的重中之重。

4、中国发明专利：公告号为“cn113404009b”，名称为“一种新型堆石坝混凝土面板结构及建造方法”，公开了一种新型堆石坝混凝土面板结构，包括设置在石坝体坡面的面板本体，所述面板本体包括普通混凝土区以及设置在普通混凝土区内的至少一块ecc塑性区，所述普通混凝土区采用普通混凝土材料浇筑而成，所述ecc塑性区采用纤维增强水泥基复合材料ecc浇筑而成。该技术方案通过设置ecc塑性区替代部分普通混凝土区,将原来刚性的面板本体变成了相对柔性的面板本体,合理布置ecc塑性区,确保纤维增强水泥基复合材料ecc比普通混凝土材料先进入塑性状态,ecc塑性区发挥作用变形时,普通混凝土区处于弹性未破坏阶段,可以提高面板主动适应变形的能力,显著降低高堆石坝的面板开裂风险,推动我国高混凝土面板堆石坝筑坝技术的发展。但是该技术方案对面板的承载能力及抗爆性能提升无有效作用。

5、中国发明专利：公布号为“cn113006006a”，名称为“一种面板堆石坝新型面板结构及其施工方法”，公开了一种面板堆石坝新型面板结构及其施工方法，所述面板结构包括钢筋混凝土面板、垫层区、过渡层区、防浪墙及混凝土趾板,垫层区和钢筋混凝土面板之间设置有hdpe防渗结构；hdpe防渗结构包括若干依次连接的dpe膜片单元:相邻的两个hdpe膜片单元之间通过hdpe双翼混凝土连接锁相连接,位于两端的hdpe膜片单元的自由端分别与hdpe单翼混凝土连接锁相连接；hdpe双翼混凝土连接锁的连接锁本体浇筑在钢筋混凝土面板内；hdpe单翼混凝土连接锁的连接锁本体浇筑在对应的防浪墙/混凝土趾板内。该技术方案通过设置hdpe防渗结构，可以显著降低医钢筋混凝土面板失效引起的渗透破坏风险。该技术方案关注面板之间的hdpe防渗结构，提高面板薄弱部位的防渗水平，但是仍采用普通的面板型式，对面板的开裂及面板的抗爆能力提升无有利作用。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中面板堆石坝抗爆能力不足且易开裂的问题。本发明提出了一种堆石坝抗爆韧性面板结构及施工方法，旨在提升堆石坝面板的抗爆能力以及韧性。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：包括在上游侧由外到内设置的抗爆韧性面板和过渡垫层，在所述过渡垫层的下游侧设置有堆石体，所述抗爆韧性面板的顶端设置有防浪墙，抗爆韧性面板的底端设置有趾板，所述抗爆韧性面板靠近过渡垫层为普通混凝土层，远离过渡垫层为纤维增强高性能混凝土层，所述普通混凝土层和纤维增强高性能混凝土层之间填充有吸波消能材料。

3、作为进一步优选，所述普通混凝土层由若干预制波形中空混凝土板拼接而成，所述预制波形中空混凝土板以普通混凝土板为主体，所述普通混凝土板内设置多层钢筋，所述预制波形中空混凝土板还包括与普通混凝土板贴合的纤维增强高性能混凝土层，所述普通混凝土板与过渡垫层贴合的一面为平面，与纤维增强高性能混凝土层贴合的一面为贴合面，所述贴合面整体呈波形。

4、作为进一步优选，所述预制波形中空混凝土板内部沿宽度方向还设置有若干孔道，所述孔道的截面形状与贴合面的波形匹配，所述孔道内填充有吸波消能材料。

5、作为进一步优选，所述预制波形中空混凝土板沿贴合面的波形方向一侧设置上牙槎，另一侧设置下牙槎，所述上牙槎和下牙槎对应的位置设置有预留螺栓孔。

6、作为进一步优选，所述贴合面的波形为棱角形波形，所述孔道的截面为方形。

7、作为进一步优选，所述贴合面的波形为圆弧形波形，所述孔道的截面为圆形。

8、作为进一步优选，所述吸波消能材料为泡沫金属。

9、作为进一步优选，所述吸波消能材料为聚氨酯泡沫。

10、作为进一步优选，所述纤维增强高性能混凝土层由ecc浇筑而成。

11、作为进一步优选，本发明还提供了一种适用于本发明所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构的施工方法，步骤依次如下：

12、s1：工厂加工钢模板，预制加工预制波形中空混凝土板，并运输到工程现场；

13、s2：坝体碎石堆压实形成堆石体后，在上游侧的坡面找平并采用半透水性、渗透稳定性和低压缩性岩料铺筑垫层，形成过渡垫层；

14、s3：在孔道中填充吸波消能材料；

15、s4：对上牙槎、下牙槎以及贴合面表面凿毛处理，在上牙槎和下牙槎上刷界面粘结剂；

16、s5：上游侧的坡面进行预制波形中空混凝土板铺装，垂直于坡面方向采用螺栓连接，平行于坡面方向通过上牙槎和下牙槎拼接铺装，同时对所有接缝处布置止水装置；

17、s6：连续浇筑纤维增强高性能混凝土层；

18、s7：安装趾板和防浪墙。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

20、(1)本发明以普通混凝土作为基体，顶面铺设纤维增强高性能混凝土材料(ecc或uhpc)，一方面有效提高了面板的承载能力，另一方面，纤维增强高性能混凝土材料变形能力强，规避了面板的结构及材料裂缝。

21、(2)本发明中的面板为功能梯度复合面板，实现抵抗、吸收和适应爆炸灾害的能力。外层纤维增强高性能混凝土层强度高、变形大，能抵抗结构荷载及爆炸荷载，有效提高面板承载能力和变形能力；孔道中消波吸能材料能有效降低爆炸冲击波影响，尽量减小爆炸冲击对内层普通混凝土及堆石坝体的影响；内层普通混凝土能够抵抗削弱的爆炸冲击的影响。

22、(3)本发明设计的堆石坝抗爆韧性面板结构在爆炸损伤后，面板能够快速修复。根据面板不同功能层的损伤情况，从预制混凝土基体到吸能材料和纤维增强高性能面层，均可快速实现局部及整体的修复替换。

1.一种堆石坝抗爆韧性面板结构，包括在上游侧由外到内设置的抗爆韧性面板(9)和过渡垫层(10)，在所述过渡垫层(10)的下游侧设置有堆石体(11)，所述抗爆韧性面板(9)的顶端设置有防浪墙(13)，抗爆韧性面板(9)的底端设置有趾板(12)，其特征在于：所述抗爆韧性面板(9)靠近过渡垫层(10)为普通混凝土层(1)，远离过渡垫层(10)为纤维增强高性能混凝土层(3)，所述普通混凝土层(1)和纤维增强高性能混凝土层(3)之间填充有吸波消能材料(2)。

2.根据权利要求1所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述普通混凝土层(1)由若干预制波形中空混凝土板拼接而成，所述预制波形中空混凝土板以普通混凝土板为主体，所述普通混凝土板内设置多层钢筋，所述预制波形中空混凝土板还包括与普通混凝土板贴合的纤维增强高性能混凝土层(3)，所述普通混凝土板与过渡垫层(10)贴合的一面为平面，与纤维增强高性能混凝土层(3)贴合的一面为贴合面(5)，所述贴合面(5)整体呈波形。

3.根据权利要求2所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述预制波形中空混凝土板内部沿宽度方向还设置有若干孔道(4)，所述孔道(4)的截面形状与贴合面(5)的波形匹配，所述孔道(4)内填充有吸波消能材料(2)。

4.根据权利要求3所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述预制波形中空混凝土板沿贴合面(5)的波形方向一侧设置上牙槎(6)，另一侧设置下牙槎(7)，所述上牙槎(6)和下牙槎(7)对应的位置设置有预留螺栓孔(8)。

5.根据权利要求4所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述贴合面(5)的波形为棱角形波形，所述孔道(4)的截面为方形。

6.根据权利要求4所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述贴合面(5)的波形为圆弧形波形，所述孔道(4)的截面为圆形。

7.根据权利要求4所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述吸波消能材料(2)为泡沫金属。

8.根据权利要求4所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述吸波消能材料(2)为聚氨酯泡沫。

9.根据权利要求4所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构，其特征在于：所述纤维增强高性能混凝土层(3)由ecc浇筑而成。

10.一种适用于权利要求4至9任一项所述的一种堆石坝抗爆韧性面板结构的施工方法，其特征在于；步骤依次如下：