一种堤坝防冻胀防护结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种堤坝防冻胀防护结构及施工方法，防护板沿堤坝长度方向依次固连在迎水侧，相邻两个防护板之间具有间隙，每个防护板上间隔开设有若干个防护孔，防护孔沿防护板的长度方向设置；沿过防护板宽度方向中心线的纵截面将防护板沿宽度方向切成两半，防护孔为等腰梯形，防护板具有两个工作面，靠近堤坝的一侧为第一工作面，相对远离堤坝的一侧为第二工作面，梯形长度较小的底边位于第一工作面上，长度较大的底边位于第二工作面上。本发明专利技术所述防护结构可以有效的减少冰的静冰压力对堤坝的损坏，而且采用内窄外宽的防护孔形式，不仅可以减小冰的静冰压力大小，还方便在枯水期时的维护清理。

【技术实现步骤摘要】
一种堤坝防冻胀防护结构及施工方法
本专利技术涉及堤坝防护建筑
，具体涉及一种堤坝防冻胀防护结构及施工方法。
技术介绍
在我国北方地区，由于冬季寒冷的气候的影响，江河湖泊会存在一定厚度的冰层。在冰的静冰压力和土的冻胀力的影响下，堤坝护坡以及其他水工建筑物往往容易受到破坏，混凝土板受到挤压发生断裂，从而影响堤坝本身的功能。混凝土结构受冰推力产生挤压破坏，需要及时进行修复，而维护的成本较高，管理也不方便。而且修复的时间存在滞后性，施工需要耗费很大的人力物力和时间，维护的效果并不明显。
技术实现思路
针对上述提到的问题，本专利技术的目的是提出一种分块式、防护孔式堤坝防冻胀防护结构，该结构能够解决在严寒地区河流、水库中水结冰产生的静冰压力对水工建筑物产生的挤压破坏问题，从而能够延长混凝土堤坝的使用寿命，并且能在一定程度上解决堤坝损坏后产生的高额维护费用。为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种堤坝防冻胀防护结构，包括若干个防护板，若干个防护板沿堤坝长度方向依次固连在迎水侧，相邻两个防护板之间具有间隙，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，底端固定于堤坝斜坡；每个防护板上间隔开设有若干个防护孔，防护孔沿防护板的长度方向设置；沿过防护板宽度方向中心线的纵截面将防护板沿宽度方向切成两半，从垂直于该纵截面的方向观察，防护孔为等腰梯形，防护板具有两个工作面，靠近堤坝的一侧为第一工作面，相对远离堤坝的一侧为第二工作面，前述梯形长度较小的底边位于第一工作面上，长度较大的底边位于第二工作面上。伸缩缝使得在混凝土发生冻胀时存在一定的膨胀空间，解决了结构冻胀发生的挤压破坏的问题。具体地，防护板上防护孔的数量根据有效深度H和每个防护孔的大小确定，有效深度H以多年统计的最大冰厚的倍进行设计，有效深度为防护板设置在堤坝斜坡上时，防护板上最底端的防护孔下表面距离最顶端的防护孔的下表面的垂直距离。作为一个实施例，每个防护板上均开设有锚孔，通过在锚孔中插设锚杆，将每个防护板固连在堤坝斜坡上，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，底端固定于堤坝斜坡。作为另一个实施例，相邻两个防护板于防护板的宽度方向通过三轴铰链连接，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，每个防护板长度方向的底端位于堤坝底部；每个防护板的底端均可拆卸连接有一个底部支撑板。三轴铰链材料使用不锈钢材质，将各横向防护板柔性连接起来，使结构形成一个整体。底部支撑板通过嵌合与上部防护板形成一个整体，使得在冰推力以及水流推力下保持结构整体性完好，同时对上部防护结构起到支撑作用，从而避免了上部防护结构由于自重产生的下滑力发生的纵向位移。进一步地，底部支撑板用于连接防护板的一端为斜面，斜面上具有向外凸起的枢接头，从底部支撑板的侧面观察，枢接头的端面为直角三角形，防护板的底端开设有向内凹陷、并与枢接头适配的枢接口，通过防护板底端的枢接口枢接于底部支撑板的枢接头上，将防护板与底部支撑板固连在一起。一种堤坝防冻胀防护结构的施工方法，包括以下步骤：步骤1，对现场的堤坝边坡进行勘察测量参数，包括边坡的坡度，收集历年来的水位高度、冰厚规律以及最大冰厚；根据收集到的水深和最大冰厚计算得到参数k；步骤2，根据坡角、防护板厚度确定单个防护孔的尺寸，再结合有效深度来确定每个防护板上开设防护孔的数量；步骤3，当时，采用与底部支撑板嵌合的防护结构，在河流枯水期首先将底部支撑板结构依次排放，每块底部支撑板之间间隔成收缩缝，然后等底部支撑板完成后，依次将防护板嵌合入底部支撑板中，每块防护板之间间隔成收缩缝，待结构稳定后，将每块防护板通过三轴铰链结构锚固，最终形成完整的防冻胀防护结构；步骤4，当时，采用锚孔连接形式的防护结构，首先在原有堤坝与防护结构的相应部位打孔，然后插入高强度钢筋，通过高强度钢筋将每块防护板和原有堤坝固定在一起，每块防护板之间间隔成收缩缝，待结构稳定，用箍筋将高强度钢筋固定住，最终形成完整的防冻胀防护结构。进一步地，步骤1所述参数最大冰厚为h冰、水深为h水。进一步地，步骤2所述有效深度H以多年统计的最大冰厚的倍进行设计，上下各多出优选地，步骤3所述底部支撑板用于连接防护板的一端为斜面，斜面上具有向外凸起的枢接头，从底部支撑板的侧面观察，枢接头的端面为直角三角形abc，其中ac为直角三角形的斜边，防护板的底端开设有向内凹陷、并与枢接头适配的枢接口，通过防护板底端的枢接口枢接于底部支撑板的枢接头上，将防护板与底部支撑板固连在一起。进一步地，枢接头与枢接口的尺寸按以下公式计算：h1＝h·sinα；h2＝h·sinαcosα；h3＝h·sin2α；h4＝h-hsin2α。其中，h0为底部支撑板的厚度；h1为直角三角形位于底部支撑板上表面的直角边，即直角边ab的长度；h2为直角三角形顶点b至斜边ac的垂直距离；h3为直角三角形顶点b至防护板第二工作面的垂直距离；h4为直角三角形顶点b至防护板第一工作面的垂直距离。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术所述防护结构采用分块式结构，可以有便于快速安装，方便运输，使各分块之间存在一定的收缩距离，可以减少在结构发生热胀冷缩时发生的挤压破坏。采用防护孔的防护结构可以有效的减少冰的静冰压力对堤坝的损坏，而且采用内窄外宽的防护孔形式，不仅可以减小冰的静冰压力大小，还方便在枯水期时的维护清理。各个防护板之间柔性连接在一起，使防护结构与堤坝形成一个整体。本专利技术所述防护结构解决了在严寒地区河流、水库中水结冰产生的静冰压力对水工建筑物产生的挤压破坏问题，从而延长了混凝土堤坝的使用寿命，并且解决了堤坝损坏后产生的高额维护费用。本专利技术所述方法不需要对原有堤坝或者护坡进行改动，可以适应各种不同深度、长度、坡角的河流或者水库，自身可以作为一个整体来防护堤坝，从而减少了对原有堤坝进行改动所需的费用。附图说明图1显示了防护板连接在混凝土堤坝上的结构；图2显示了静冰压力对未设防冻胀防护结构堤坝的横向分力；图3显示了静冰压力对设置防冻胀防护结构堤坝的横向分力；图4显示了防护板上防护孔的尺寸设计；图5显示了防护板上防护孔的受力情况；图6显示了防护板底端的结构；图7显示了防冻胀防护结构的实施例1结构，其中防冻胀防护板底端与底部支撑板连接；图8显示了实施例1所述防冻胀防护结构连接在混凝土堤坝上；图9显示了防冻胀防护结构的实施例2结构，其中防冻胀防护板通过预制混凝土孔的形式连接在混凝土堤坝上；图10显示了实施例2所述防冻胀防护结构连接在混凝土堤坝上；图11显示了三轴铰链的结构；图12显示了静冰压力T在防护孔下梯形面的分力分为沿着下梯形面的力F1和垂直于下梯形面的力F2；图13显示了沿着下梯形面的力F1分为沿着边坡的力和垂直于边坡的力；图14显示了垂直于下梯形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堤坝防冻胀防护结构，其特征在于，包括若干个防护板，若干个防护板沿堤坝长度方向依次固连在迎水侧，相邻两个防护板之间具有间隙，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，底端固定于堤坝斜坡；/n每个防护板上间隔开设有若干个防护孔，防护孔沿防护板的长度方向设置；沿过防护板宽度方向中心线的纵截面将防护板沿宽度方向切成两半，从垂直于该纵截面的方向观察，防护孔为等腰梯形，防护板具有两个工作面，靠近堤坝的一侧为第一工作面，相对远离堤坝的一侧为第二工作面，前述梯形长度较小的底边位于第一工作面上，长度较大的底边位于第二工作面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种堤坝防冻胀防护结构，其特征在于，包括若干个防护板，若干个防护板沿堤坝长度方向依次固连在迎水侧，相邻两个防护板之间具有间隙，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，底端固定于堤坝斜坡；
每个防护板上间隔开设有若干个防护孔，防护孔沿防护板的长度方向设置；沿过防护板宽度方向中心线的纵截面将防护板沿宽度方向切成两半，从垂直于该纵截面的方向观察，防护孔为等腰梯形，防护板具有两个工作面，靠近堤坝的一侧为第一工作面，相对远离堤坝的一侧为第二工作面，前述梯形长度较小的底边位于第一工作面上，长度较大的底边位于第二工作面上。


2.根据权利要求1所述的一种堤坝防冻胀防护结构，其特征在于，防护板上防护孔的数量根据有效深度H和每个防护孔的大小确定，有效深度H以多年统计该堤坝最大冰厚的倍进行设计，有效深度为防护板设置在堤坝斜坡上时，防护板上最底端的防护孔下表面距离最顶端的防护孔的下表面的垂直距离。


3.根据权利要求2所述的一种堤坝防冻胀防护结构，其特征在于，每个防护板上均开设有锚孔，通过在锚孔中插设锚杆，将每个防护板固连在堤坝斜坡上，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，底端固定于堤坝斜坡。


4.根据权利要求2所述的一种堤坝防冻胀防护结构，其特征在于，相邻两个防护板于防护板的宽度方向通过三轴铰链连接，每个防护板长度方向的顶端靠近堤坝顶部设置，每个防护板长度方向的底端位于堤坝底部；每个防护板的底端均可拆卸连接有一个底部支撑板。


5.根据权利要求4所述的一种堤坝防冻胀防护结构，其特征在于，底部支撑板用于连接防护板的一端为斜面，斜面上具有向外凸起的枢接头，从底部支撑板的侧面观察，枢接头的端面为直角三角形，防护板的底端开设有向内凹陷、并与枢接头适配的枢接口，通过防护板底端的枢接口枢接于底部支撑板的枢接头上，将防护板与底部支撑板固连在一起。


6.一种堤坝防冻胀防护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对现场的堤坝边坡进行勘察测量参数，包括边坡的坡度，收集历年来的水位高度、冰厚规律以及最大冰厚；
根据收集到的水深和最大冰厚计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟启明，蒋景东，杜镇瀚，李卓，单熠博，李东兵，刘嘉欣，杨蒙，陈小康，胡亮，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32