一种适应混凝土面板堆石坝接缝大变形的止水结构的制作方法

本发明涉及混凝土面板堆石坝面板接缝止水结构，属于水利水电工程结构设计领域。

背景技术：

1、混凝土面板堆石坝由于其良好的适应性和安全性，在我国水利水电工程建设中被广泛采用并不断发展。混凝土面板作为核心防渗结构，对大坝的安全稳定运行起着至关重要的作用。为适应下游侧坝体变形，面板通常设有多条接缝，例如面板-趾板间的周边缝、面板-面板间的垂直缝及水平缝等。接缝内部设有止水用以形成连续密封的止水系统，与趾板、面板和灌浆帷幕、防渗墙等组成大坝防渗体系。止水结构及防渗材料的设计是决定混凝土面板堆石坝能否正常运行的关键，面板在水荷载、坝体坝基大变形以及不均匀沉降变形、流变等影响下容易发生错动、脱空而导致混凝土开裂与接缝止水破坏，严重时将导致大坝发生严重渗漏和面板塌陷破坏，威胁大坝安全。

2、止水结构的设计应能够良好地适应接缝可能发生的三个方向的位移，并尽量采用不同种类的止水材料，使止水结构具有更高的可靠性，且每道止水能独立发挥作用。工程实践表明，坝高在100m以下的面板堆石坝，当前的止水设计已趋于成熟，采用1～2道常规止水型式即可满足大坝防渗要求。对于正在发展的高堆石坝与超高堆石坝，面板接缝变形大、接缝变形成因复杂，通常需要设置2～3道止水，且止水结构型式和材料需应对接缝大变形、面板挤压破坏以及严寒冰冻等特殊问题。对于表层止水，通常由膨胀螺栓和扁钢把橡胶盖板固定在混凝土表面，由于混凝土面难以平整，橡胶盖板与塑性填料、混凝土面之间常有缝隙，完全密封困难较大，且在冰冻地区固定橡胶盖板的螺栓还存在冰拔破坏和冻胀松动的现象，纯粹依靠橡胶盖板的安全性和可靠性无法保证。对于中部止水，传统止水带为中部圆孔、两端鱼尾型式，止水带下部常存有缝隙，当接缝因坝体变形而产生三向位移时，撕扯拉力从中部传导至边缘，造成接缝漏水。

3、作为面板坝防渗体系中最薄弱的环节，接缝应满足在最大变形下仍不失去其防水性能作为主要条件，常规止水设计难以满足高堆石坝接缝变形要求，因此提出适合接缝大变形的止水结构十分必要。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种适应混凝土面板堆石坝接缝大变形的止水结构，避免高渗水压力、大体积变形等影响下面板接缝变形过大引起的防渗系统破坏，提高防渗效果及面板间的安全变形空间。

2、本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

3、一种适合混凝土面板堆石坝接缝大变形的止水结构，包括：

4、表层止水，所述表面止水为锚固型止水，表面为橡胶盖板，表层涂覆改性环氧涂层至混凝土面，下设sr-2塑性填料，两侧使用不锈扁钢与不锈钢膨胀螺栓进行锚固；

5、中部止水，所述中部止水为15个全波的波纹止水带，下设sr-2塑性填料支撑，止水带两端使用不锈扁钢与不锈钢膨胀螺栓进行锚固；

6、底部止水，所述底部止水为三鼻子铜片止水，每个铜鼻子转角内侧设置pvc橡胶棒，橡胶棒直径与铜鼻子转角直径一致。

7、优选的，表层涂覆的改性环氧涂层性能指标为抗拉强度不小于18mpa，断裂伸长率不小于500％。

8、优选的，表层涂覆改性环氧涂层覆盖范围为橡胶盖板与两侧混凝土面，涂层与混凝土间的单侧黏结宽度不小于200mm，涂层厚度不小于1mm，涂层为一个无空洞的整体。

9、优选的，表层止水、中部止水沿两块面板间接缝左、右两侧对称，并向迎水面凸起呈半圆形状。

10、优选的，波纹止水带两侧有直线段与梯形段，通过不锈钢螺栓与不锈扁钢锚固止水带直线段，梯形段位于螺栓外侧限制止水带的移动。

11、优选的，波纹止水带厚度的计算公式为：

12、

13、式中，t为止水带厚度，p为水压力，u1为接缝张开位移，r0为止水材料的标准抗拉强度，{k1,k2,k3,k4}为四个系数。

14、优选的，三鼻子铜片止水两端向上弯曲分别嵌入两块面板中以保持铜片止水正常变形。

15、优选的，三鼻子铜片止水的每个铜鼻子转角内侧设置pvc橡胶棒，橡胶棒直径与铜鼻子转角直径一致。

16、优选的，三鼻子铜片止水与混凝土面板接触部位上嵌两块gbw膨胀塑性料板，料板具有遇水膨胀、阻塞缝隙的作用。

17、优选的，三鼻子铜片止水断裂前的最大张开量计算公式为：

18、d2＝(7h+3πb-6b)(1+εmax)-6b

19、式中，h为铜鼻子高度，b为铜鼻子宽度，铜鼻子顶部视为半圆，εmax为铜极限拉应变。

20、优选的，止水铜片的有效性通过能承受的最大水压力进行检验，计算公式为：

21、

22、式中，fw为面板堆石坝的最大水压力，δs为止水铜片的工程应力，γm为止水铜片的真实应变。

23、所述表层止水、中部止水与底部止水整合一体。

24、所述改性环氧涂层由环氧树脂、活性稀释剂、固化剂、促进剂等原料制备而成，具备良好的粘结性和强度，相较于基础环氧涂层具有更高的韧性和弹性。

25、所述sr-2塑性填料以非硫化丁基橡胶为主要原料，经有机硅、聚异丁烯等高分子材料改性而成，具备流动性和粘结性，在水压作用下对缝隙起到密闭作用。

26、所述gbw膨胀塑性料板由橡胶、粘合剂、增粘剂、增塑剂等组成，遇水自身体积膨胀，阻碍新的空隙产生。

27、与现有技术相比，本发明提供了一种适应混凝土面板堆石坝接缝大变形的新型止水结构，其优势在于：

28、(1)适应接缝大变形：改性环氧涂层相较于常用的单组分聚脲涂层具有更高的垂直、横向、侧向剥离强度，能够承受更大的接缝三向位移变形；使用15个全波的波纹止水带和三鼻子铜片止水，与常规的单鼻子铜片止水相比具有更大的变形空间，能够满足面板接缝三向变位张开大于25cm、沉陷大于25cm、剪切大于15cm的变形需求，防止受面板接缝大变形影响出现止水结构受拉破坏；每个铜鼻子转弯处设置柔韧性能良好的pvc橡胶棒，能够将渗透水压力传递至两侧，避免铜片薄弱部位的结构变形。

29、(2)防渗性能高：接缝大变形的应用场景中常出现高水压力，对止水结构有更高要求；橡胶盖板上涂覆的改性环氧涂层在固化后能形成全封闭的柔性防渗层，与混凝土面粘结一体，是一种能够对面板接缝实行有效全封闭的柔性表层止水结构，对混凝土面板表面平整度要求低，对不平整位置和接缝转折位置密封效果好，且有助于避免锚固锈蚀现象，克服了传统锚固型橡胶盖板的缺陷，提高了面板表层接缝止水的安全性与可靠性；本发明使用sr-2塑性填料支撑表层止水、中部止水和底层止水，底层铜鼻子两侧各设置一个gbw膨胀塑性料板，不仅能适应三道止水结构的变形，还能够阻止渗水进一步侵入面板内部，预防三道止水密封不严带来的入渗隐患。

30、(3)结构安全可靠：改性环氧涂层与橡胶板耐老化且防水性能高，并可有效防止冰冻破坏，性能稳定；为保证三层止水的正常功能，在表层止水橡胶板和中部止水带两段均使用不锈钢膨胀螺栓固定，避免挤压变形破坏；底部三鼻子铜片止水两端向上弯曲嵌入混凝土面板，避免铜片受拉力脱落失效。