本实用新型涉及大坝抗震结构工程领域，具体涉及一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构。
背景技术：
近年来，我国西部地区水电工程建设得到了快速发展，在建、拟建的土石坝多位于我国西部高地震区，地震频繁、强度大。对于土石坝而言，特别是高坝大库，一旦遭受地震破坏，会产生一系列严重后果。因此，科学合理的抗震设计是土石坝抗震安全的重要保障。
一般来说，对于高地震区粘土心墙堆石坝而言，常采用加宽坝顶、上下游坝坡适当放缓、坝体中上部加筋、坝坡混凝土框格梁保护、提高坝体填筑料碾压密实度等一系列工程措施，但这些措施主要针对坝体。由于坝基与粘土心墙刚度差异大，在遭受地震波特别是剪切波时，沿坝基面会产生较大的变形，导致粘土心墙开裂或与坝基面脱开、位移，从而造成防渗体破坏、坝体渗水等问题，若是两岸岸坡较陡，或土料塑性差，这种现象会更加明显。一直以来，工程界对于坝基与粘土心墙之间缺少较可靠的结构抗震措施。另外，一直以来，粘土心墙堆石坝设置一道心墙，其抗震安全性较差，在遭受地震荷载时，粘土心墙若发生开裂、破坏等情况，对大坝安全稳定运行影响较大。如何通过一定措施对土石坝坝基与粘土心墙进行可靠、妥善处理，同时进一步完善、优化坝体结构断面，提高防渗体的可靠性，使其满足高地震区的土石坝抗震要求，是水电水利工程大坝设计与运行中的一项重要技术。
基于上述情况，本实用新型提出了一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，可有效解决以上问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构。本实用新型结构设计合理，大大提高了粘土心墙堆石坝防渗体的可靠性，同时较好解决了高地震区坝基与粘土心墙防渗体可靠连接的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：
一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，包括坝基基础以及设置于所述坝基基础上方的粘土心墙；所述粘土心墙包括分别沿上、下游方向前后布置的副粘土心墙与主粘土心墙，所述副粘土心墙与主粘土心墙之间的间隔中密实填充粉细沙土，两个相对面形成在水平方向上有挤推分力的配合，使粉细沙土能够依靠重力和挤推力渗入主、副粘土心墙的缝隙中，两个相对面中至少有一个具有一定倾斜角度。
优选的，所述副粘土心墙与主粘土心墙两者中至少有一个通过具有弯折延伸的土工膜与坝基基础固定连接。
更优选的，所述土工膜为正弦曲线形，沿坝轴线方向分别埋入粘土心墙与坝基基础内。
优选的，所述副粘土心墙沿水流方向的宽度比主粘土心墙略小，所述副粘土心墙和主粘土心墙底部承受的水力坡降分别不小于5～6和5。
优选的，所述副粘土心墙整体与主粘土心墙的迎水面均沿下游方向倾斜。
优选的，所述副粘土心墙的下游面较上游面略陡，所述主粘土心墙的上游面较下游面略陡。
优选的，所述副粘土心墙的上游方向依次设置反滤料、过渡料与上游堆石料。
优选的，所述主粘土心墙的下游方向依次设置反滤料、过渡料与下游堆石料。
优选的，所述坝基基础包括基础混凝土底座，和用于锚固基础混凝土底座的基础锚筋，以及基础灌浆。
优选的，所述粘土心墙的上方设置有坝顶防浪墙与坝顶结构，所述坝顶防浪墙与主粘土心墙、副粘土心墙之间各增设一道铜片止水，提高坝体防渗性能。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1、在主粘土心墙的上游增设一道副粘土心墙，为设置粉细沙土提供了施工基础，当主粘土心墙由于地震等原因产生裂缝或渗水时，粉细沙土由于无黏性，在自身重量作用及推挤下可及时填充裂缝或缺陷部位(主粘土心墙与副粘土心墙的相对面为斜面，可为粉细沙土的填充提供承接面)，达到“自愈”的理想效果；另外，副粘土心墙由于受到水头的压力后，会对粉细沙土具有向下游的作用力，进一步增强粉细沙土对主粘土心墙的自愈效果。
2、副粘土心墙位于主粘土心墙上游，在水库蓄水后，副粘土心墙基本上长期处于饱和状态，承受较大的水力坡降，而主粘土心墙的承受水头较小，这样对于主粘土心墙的固结沉降稳定、保证其防渗性能是有利的。同时，若是主粘土心墙出现异常变形、渗水等问题，上游副粘土心墙挡水，在不放空水库的前提下，为主粘土心墙修补争取有利时机；若是副粘土心墙异常变形，则主粘土心墙可以满足防渗和抗震的条件，等到非汛期放空水库或降低库水位的情况下，再对副粘土心墙进行修补，无需提前放空水库修补副粘土心墙，节省成本，减少度汛压力。
3、由于坝基与粘土心墙刚度差异大，在坝基与心墙之间设置土工膜，在发生地震时，由于土工膜正弦曲线长度大于直线，且相位错开，即使粘土心墙局部与坝基脱开、开裂，土工膜仍然可以较好适应地震时坝基面的大变形，并正常发挥防渗功能，且相位错开的土工膜同时破坏的可能性极小，这样的结构设计，可以在遭遇地震时，基本消除心墙与岸坡脱开的安全隐患和风险。
4、在遭遇地震剪切波时，土工膜与粘土心墙共同发挥抗剪作用，大大提高了坝基接触面上防渗体的抗剪切能力。
5、根据规范规定以及工程经验，一般来说粘土心墙堆石坝的粘土心墙底部承受的水力坡降在4左右，当心墙设置两道时，主、副心墙底部承受的水力坡降分别按照不小于5、5～6控制，当一道开裂或破坏时，另一道可以独立正常运行，同时这两道心墙的安全储备量相近。按此设计的坝体断面，主、副心墙尺寸均小于规范规定或常规心墙堆石坝的心墙尺寸，坝体土石方填筑总量基本不变，心墙填筑总量有所增加。在土料料源充分的情况下，坝体填筑投资相对减少。
6、较好解决了高地震区坝基与粘土心墙防渗体可靠连接的问题，对今后该类型土石坝结构优化设计具有十分积极的指导意义。
附图说明
图1为本实用新型的典型剖面示意图；
图2为图1中a-a向剖面结构示意图。
附图标记：1-基础混凝土底座、2-基础锚筋、3-基础灌浆、4-土工膜、5-主粘土心墙、6-副粘土心墙、7-粉细沙土、8-反滤料、9-过渡料、10-上游堆石料、11-下游堆石料、12-坝面护坡、13-坝顶防浪墙、14-铜片止水、15-坝顶结构、16-坝轴线。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1、图2所示，本实用新型提供一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，包括坝基基础，和设置于所述坝基基础上方的粘土心墙，以及分别设置于所述粘土心墙上、下游的上游堆石料10与下游堆石料11；所述粘土心墙包括分别位于上、下游的副粘土心墙6与主粘土心墙5，所述副粘土心墙6与主粘土心墙5的两个相对面中至少有一个具有一定倾斜角度，其中，相对面分别为副粘土心墙6的背水面和主粘土心墙5的迎水面，本实施例中，优选两个相对面均沿下游方向倾斜；所述副粘土心墙6与主粘土心墙5之间夹设有粉细沙土7，所述副粘土心墙6与主粘土心墙5两者中至少有一个通过具有正弦曲线的土工膜4与坝基基础固定连接，本实用新型中，副粘土心墙6与主粘土心墙5内均埋置有土工膜4。
所述主粘土心墙5作为粘土心墙土石坝防渗主体，为了起到坝体防渗作用并便于施工，其上游面较下游面略陡。所述副粘土心墙6作为粘土心墙堆石坝的辅助防渗结构，设置在主粘土心墙5的上游，坝料施工参数同主粘土心墙，为了起到坝体防渗作用并便于施工，下游面较上游面略陡。所述副粘土心墙6沿水流方向的宽度比主粘土心墙5略小。
为便于施工，所述粉细沙土7的水平宽度为1～4m，比粘土颗粒大，防止粘土脱离，与主、副粘土心墙土料满足反滤关系，既可以作为副粘土心墙下游的反滤保护层，也可作为主粘土心墙的上游反滤层，简化了反滤结构。在主粘土心墙由于地震等原因产生裂缝或渗水时，无黏性的粉细沙土在水力作用下可及时填充裂隙或缺陷部位，达到“自愈”的理想效果。
所述土工膜4沿坝轴线16方向分别埋入副粘土心墙6、主粘土心墙5与坝基基础内；所述土工膜4厚度1～2mm，长度按所述副粘土心墙6和主粘土心墙5底部承受的水力坡降分别不小于5～6和5，且总长度不小于6m综合确定。采用正弦波设计，当发生横河向地震时，若粘土心墙局部与坝基脱开、开裂，正弦式施工的土工膜结构仍然可以较好地适应坝基变形，确保大坝防渗功能正常发挥。
所述副粘土心墙6与上游堆石料10之间设置有反滤料8，所述主粘土心墙5与下游堆石料11之间沿水流方向依次设置反滤料8与过渡料9。其中，为便于施工，反滤料8水平宽度为2～4m，对上、下游主、副粘土心墙起到反滤保护作用；过渡料9最小水平宽度不小于4m控制，其对反滤料8起到反滤保护作用。
所述上游堆石料10与下游堆石料11的坡面均设置坝料护坡12。坝料护坡12采用常规土石坝坝坡设计，可采用适当放缓坝坡、坡面设混凝土框格梁保护、顶部增设浆砌石护坡等措施提高坝体抗震性能。
所述坝基基础包括基础混凝土底座1(可含基础廊道)，和用于锚固基础混凝土底座1的基础锚筋2，以及基础灌浆3。其中，基础混凝土底座1采用钢筋混凝土结构，混凝土标号不低于c25，厚度不小于1m；基础锚筋2用于锚固基础混凝土底座，防止基础灌浆3抬升基础混凝土底座1，锚筋直径25～32mm，长度4.5～9m，三级钢；基础灌浆3采用垂直防渗结构，用于提高坝基抗渗性能及坝基承载力。
所述粘土心墙顶部设置有坝顶防浪墙13，所述坝顶防浪墙13与主粘土心墙5、副粘土心墙6之间各增设一道铜片止水14，提高坝体防渗性能。其中，坝顶防浪墙13采用l型钢筋混凝土结构，混凝土标号不低于c25，防浪墙底部与主、副粘土心墙顶部紧密连接。根据工程作用水头，可在坝顶防浪墙13与主、副粘土心墙间各增设一道铜片止水，提高坝体防渗性能。
本实施例还提供一种高地震区粘土心墙堆石坝的施工方法，包括如下步骤：
s1、按照实施图纸要求，将粘土心墙基础开挖到位并经验收合格后，施工基础锚筋2；锚筋直径25mm～32mm，长度4.5m～9m，三级钢，间排距2m～3m；根据工程实际情况，必要时也可采用锚筋桩替代锚筋；
s2、现场绑扎基础混凝土钢筋，预埋土工膜4并预留一部分在坝基基础外，浇筑基础混凝土底座1；混凝土标号不低于c25，厚度不小于1m；
s3、待基础混凝土底座1浇筑完成后，施工坝基基础灌浆3，并做好隐蔽工程验收；基础灌浆3为垂直防渗结构，一般含基础帷幕灌浆、固结灌浆等，用以提高坝基抗渗性能及坝基承载力；
s4、在坝基基础上方同步填筑主粘土心墙5、副粘土心墙6、粉细沙土7、上下游反滤料8及过渡料9，同时将预留在坝基基础外的部分土工膜4埋入主粘土心墙5与副粘土心墙6内；施工过程中应确保正弦波式土工膜4不被破坏，埋入粘土心墙的长度不小于5m；
s5、填筑上游堆石料10及下游堆石料11，并施工上、下游坝料护坡12；
s6、在粘土心墙顶面布置铜片止水14，现场绑扎坝顶防浪墙钢筋，同时做好铜片止水的保护工作，浇筑形成坝顶防浪墙13，防浪墙混凝土标号不低于c25，根据工程需要，可采用清水混凝土，最后施工坝顶结构15(含坝顶公路、电缆沟、路灯等)。
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“夹设”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
1.一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：包括坝基基础以及设置于所述坝基基础上方的粘土心墙；所述粘土心墙包括分别沿上、下游方向前后布置的副粘土心墙(6)与主粘土心墙(5)，所述副粘土心墙(6)与主粘土心墙(5)之间的间隔中密实填充粉细沙土(7)，两个相对面形成在水平方向上有挤推分力的配合，使粉细沙土(7)能够依靠重力和挤推力渗入主、副粘土心墙的缝隙中，两个相对面中至少有一个具有一定倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述副粘土心墙(6)与主粘土心墙(5)两者中至少有一个通过具有弯折延伸的土工膜(4)与坝基基础固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述土工膜(4)为正弦曲线形，沿坝轴线(16)方向分别埋入主、副粘土心墙及坝基基础内。
4.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述副粘土心墙(6)沿水流方向的宽度比主粘土心墙(5)略小，所述副粘土心墙(6)和主粘土心墙(5)底部承受的水力坡降分别不小于5～6和5。
5.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述副粘土心墙(6)整体与主粘土心墙(5)的迎水面均沿下游方向倾斜。
6.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述副粘土心墙(6)的下游面较上游面略陡，所述主粘土心墙(5)的上游面较下游面略陡。
7.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述副粘土心墙(6)的上游方向依次设置有反滤料(8)、过渡料(9)与上游堆石料(10)。
8.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述主粘土心墙(5)的下游方向依次设置反滤料(8)、过渡料(9)下游堆石料(11)。
9.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述坝基基础包括基础混凝土底座(1)，和用于锚固基础混凝土底座(1)的基础锚筋(2)，以及基础灌浆(3)。
10.根据权利要求1所述的一种高地震区粘土心墙堆石坝的抗震结构，其特征在于：所述粘土心墙的上方设置有坝顶防浪墙(13)与坝顶结构(15)，所述坝顶防浪墙(13)与主粘土心墙(5)、副粘土心墙(6)之间各增设一道铜片止水(14)，提高坝体防渗性能。
技术总结