[发明专利]补偿位移消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以位移补偿原理防止锚固处防渗膜因夹具效应而破坏的方法，属于高面膜堆石坝膜防渗结构技术领域。

背景技术

水库大坝是水资源开发领域的重要建筑物，因筑坝材料不同主要分为混凝土坝和土石坝两种，土石坝由于具有采用当地材料、对坝址地基要求低的特点而居大多数。高堆石坝中的防渗体主要采用黏性土心墙或钢筋混凝土面板，而对于坝址地基为较深覆盖层时，只能采用黏土心墙（或斜心墙）连接地基混凝土防渗墙的型式。高黏土心墙堆石坝需在坝址附近采集黏土，少则几十万立方米，多则上百万立方米，不仅征地代价高，而且造成地表植被破坏，影响生态环境。

采用高分子聚合物膜作为堆石坝的防渗体可取代黏性土，据国际大坝委员会统计，至2010年全球至少有167座土石坝采用膜防渗。然而，对于较高的面膜堆石坝，由于坝体受到自重和巨大水压力作用，坝体堆石材料将产生最大相对于坝高0.5%~1%的位移变形，铺设在坝面上的膜将随坝体一起位移，而膜的周边锚固在几乎不变形的岩体或混凝土体上，这将使膜在岩体或混凝土体与土石坝体的交界处很小的尺度内产生相对较大的拉伸变形，如同两个靠在一起的夹具拉伸着膜的试样，膜自身具有的很大延伸性也难以适应，极易使膜断裂破坏，此种效应称作为夹具效应。

消除夹具效应常采用所谓“伸缩节”技术，如附图1所示，在周边锚固处的坝面将膜作一个“之”字形褶皱，企盼坝体位移时，“伸缩节”能打开，打开部分的长度使膜免受拉伸或少受拉伸，这在许多文献中都作了介绍。然而，试验、计算分析都表明，高面膜堆石坝的 “伸缩节”在锚固处膜产生夹具效应时，一是“之”字形褶皱由于巨大水压力的压紧作用而不能展开，二是“之”字形褶皱已远离锚固处，周边岩体或混凝土体与坝体交界处以外的任何措施都不能解决产生于交界处的夹具效应问题。

另有一些期望消除夹具效应的技术措施均由于其难以实施只能是一种设想。例如，借用洗手间卫生纸卷筒厢原理，在膜锚固槽内设置蜷缩膜的自由空间，类似于洗手间卷筒纸厢，在膜受拉时，蜷缩在自由空间中的膜被牵引出锚固槽，消除夹具效应。但是，复杂的边界条件导致复杂的工艺流程使之难以实施，此外，为了防止砂砾进入“厢体”内，锚固槽内外之间的通道只能稍大于膜的厚度，形成锚固槽自由空间的“厢体”外壳必须是具有较大强度的钢筋混凝土结构，并且只能在膜锚固后再行施工，而施工难度极大且极易损伤已经锚固的膜。因此，难以实施的设计往往使建设者最终放弃整个设计方案。

因此，发明在实际工程中真正能有效消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应且又简便易行的方法十分必要。

发明内容

本发明针对高面膜堆石坝防渗膜周边锚固处极易产生导致膜破坏的夹具效应，提出了一种以补偿位移原理消除高面膜堆石坝防渗膜锚固处夹具效应的方法。

本发明包括以下具体方法，如附图2所示。

1、膜锚固线与坝面铺膜线的布置。将膜锚固线的设置低于坝面铺膜线，两者之间的距离根据数值计算和工程经验确定，其与坝高、坝体填料、施工质量有关，一般在20~50cm之间。水库蓄水后，坝面铺膜线由于坝体位移而趋近于膜锚固线，理想状态为两者重合，即坝体位移并未使膜随之发生拉伸变形，也就是膜锚固线和铺膜线的位置差最终补偿了坝体位移。

2、膜锚固基础布置与工艺。坝基与两岸混凝土趾板是膜锚固的基础。在坝体填筑前完成河床段趾板浇筑；先于相邻坝体的填筑，逐段清理左右岸坡开挖的趾板基础，并浇筑混凝土趾板（趾板内预埋锚筋与预留灌浆孔）包括在趾板混凝土中埋置锚固螺杆，趾板的下游面经过设计处理后作为防渗膜的锚固基面。趾板的平直段可作为暂时放置锚固边缘幅防渗膜的处所，称作“置膜区”。坝体填筑与趾板区域灌浆完成后，利用趾板与坝体之间的欠填空间进行边缘幅防渗膜的锚固。

3、防渗膜的逆向锚固。将坝面防渗膜自上而下进入锚固装置。即将锚固的边缘幅膜放置在“置膜区”，膜边缘从趾板上面自上而下进入锚固装置进行锚固。然后回填并压实趾板与坝体间的大部分欠填空间，锚固件被埋没（因锚固线低于坝面铺膜线），将“置膜区”的边缘幅膜移位至趾板的相对侧，铺设至坝面，最后将靠近锚固处防渗膜上面留下的一小部分欠填空间填实。

4、膜锚固装置工艺。

（1）混凝土趾板的锚固基面凹入趾板（防渗下游侧）斜面，并在坝面上部形成小空腔。