[发明专利]一种新型堆石坝混凝土面板结构及建造方法

说明书

本发明公开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；本发明通过设置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。

技术领域

本发明属于水利水电工程领域，尤其涉及一种新型堆石坝混凝土面板结构及建造方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝以其工程造价低、施工简便、对地形地质适应性强等优点，在水电建设中占据了越来越大的比重，成为当今最热门的坝型之一，应用广泛。

面板堆石坝通常是均采用钢筋混凝土面板作为防渗体，并依靠堆石料作为坝体的支撑结构。对于混凝土面板堆石坝，面板防裂问题一直是一个工程难题，面板混凝土一旦出现裂缝，不仅破坏结构的整体性，而且将直接降低混凝土的抗渗耐久性，加剧由于冻融循环、化学物质侵蚀、碳化等造成的混凝土劣化，使结构功能逐渐丧失。

堆石坝混凝土面板致裂因素可归纳为两类：(1)结构性裂缝：主要由过大的堆石体变形、面板底部脱空以及面板受水压力、冰压力和地震力等外荷载引起；(2)面板收缩变形裂缝：混凝土面板各类收缩变形在受到约束所产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时，温度裂缝就会出现。其中温度变形裂缝主要呈现两种形式，第一种是沿厚度方向的非均匀温度变形(类“翘曲”应力)引起的表面或深层裂缝，此类裂缝往往是面板施工期浇筑控温、保温不力或蓄水前寒潮及气温骤降引起的内外温差过大引起；第二种是在面板整体温变变形受底部或侧边约束情况下产生，在进入低温季节、蓄水前甚至蓄水后的长龄期混凝土面板中出现。面板混凝土沿坡面收缩变形和竖向脱空是面板混凝土开裂的主要原因，究其根源在于坝体和面板混凝土的变形不协调造成。目前，面板后期变形控制是工程人员防止面板开裂的主要手段，然而影响坝体与面板变形不协调变形的因素有很多，如：筑坝材料的流变特性、坝体的沉降、堆石体的压实质量、大坝的蓄水过程、库水位的循环升降、地形地质条件等因素。被动的变形控制方法只能解决面板某一阶段开裂问题，纵观面板整个建造运行期，混凝土面板开裂仍然会发生。面板开裂成为制约面板堆石坝向更高发展的主要障碍。

申请号为CN201710143012.3的中国发明专利公开了一种混凝土面板堆石坝的面板结构，包括设置在石坝体坡面的面板单元，面板单元和石坝体坡面之间从外至内依次铺设有垫层区和过渡层区，面板单元和坝体堆石之间设置有支承墩，面板单元与支承墩的接触面之间设置有橡胶支座，所述相邻的两个面板单元之间设置有止水装置。

这种面板结构通过橡胶支座传力以及支承墩受力的方式，有效的减轻了坝体不均匀应力变形对面板开裂破坏的影响；混凝土面板底面黏贴了碳纤维布，使面板的强度得到很大改善，同时减小了面板的渗透性。这种面板结构的止水设施止水效果良好；这种面板结构的钢筋混凝土面板采用预制，可以有效的加快工程进度，同时面板的质量能够得到保证。尽管这种面板结构可以使面板受到的应力更加均匀，但是面板受到的应力不会消失，也不会减弱，当面板受到的应力超过其所能承载的最大应力时，面板依然会开裂。

申请号为CN201910663386.7的中国发明专利公开了一种改善面板应力变形状态的混凝土面板堆石坝，包括由上游至下游依次设置的混凝土面板、垫层、过渡层、增模主堆石区、主堆石区、次堆石区、下游护坡和排水棱体，增模主堆石区的上游侧边界与过渡层的下游侧边界重合；增模主堆石区的下游侧边界包括坝轴线上游侧部分和坝轴线下游侧部分，坝轴线上游侧部分平行于上游坝坡，坝轴线下游侧部分水平设置并延伸至下游护坡的内侧。

这种面板堆石坝有以下优点：