一种气盾坝安装锚固系统及方法与流程

1.本发明涉及一种气盾坝安装锚固系统及方法，属于拦水水利设施施工技术领域。


背景技术：

2.水坝是现代水利的重要设施，在国计民生各领域起着重要影响及收益。从土坝、混凝土坝、钢坝(闸门)、橡胶坝到今天的气盾坝。气盾坝继承了传统活动坝型之精华，克服了传统活动坝型的瓶颈问题，具有结构简单，建设、安装、使用及维护简单快捷的特点；防洪渡汛能力突出，运行安全可靠；过水高度和运行状态持续可控；具有更强的清污、排淤能力；挡水和过水能力更高；充排时间短，运行管理简单；使用寿命超长，综合效益高；抗震能力强，对基础的适应性高；景观效果好及具备生态及环境友好等特点。
3.气盾坝的主锚系统是用主锚构件通过压板将橡胶气囊及钢盾板固定在河床上，以构成一个密封的囊体，是气盾坝能否起到稳定地挡水作用的关键因素。
4.一般将主锚系统的结构形式分两种：挡水高度较低时(如2.5米以下)，采用气囊穿孔形式；挡水高度较高时，采用气囊无穿孔形式。
5.在工程施工中，主锚螺栓的预埋及锚固是整个工程的一个非常重要的环节，锚固系统及施工质量控制的好坏直接影响到气盾坝安装的成败，而锚固系统及施工方法的选择对工程质量及工期都会产生很大的影响。
6.一般工程主锚固是预埋螺栓时，采用螺栓压板固定锚固螺栓位置，用经纬仪观测，确保锚固螺栓中心线在一条直线上。并用水准仪测定锚固螺栓高程，与设计要求对比确认无误差后用木支撑将螺栓压板固定于锚固槽内，用一根通长钢筋，按照设计间距将预埋件焊接在一起，确定锚固螺栓受力后不宜移动后，开始浇筑锚固槽混凝土，为确保锚固螺栓的施工质量，混凝土浇筑时分两期进行；一期混凝土浇筑至距锚固槽底100mm时，应重新观测锚固螺栓中心位置、高程、绝对位置、间距和稳固性，发现锚固螺栓偏移后应及时复位，浇筑过程中，在锚固线控制点上架设经纬仪现场监控，发现有位移，立即进行校正；还需在压板下部焊接φ18的钢筋做压筋，增加锚固压力；二期混凝土浇筑后，在混凝土初凝前再次进行观测修正工作。坝底板混凝土达到规范要求时，可以按照以下步骤进行螺栓压板锚固的安装；压板要首尾对齐，不平整时要用橡胶片垫平；上螺帽时要进行多次拧紧，坝袋充水试验后，再次拧紧螺帽；上螺帽时宜用扭力扳手，按设定的扭力矩逐个对螺栓进行拧紧；卷入的压轴(木芯或钢管)的对接缝应与压板接缝处错开，以免出现软缝，造成局部漏水。
7.现有的锚固系统及方法存在这样那样的弊端：
8.1)现场施工时，预埋螺栓的精准度很难实现；
9.2)气盾坝安装后，常常出现气囊漏气或慢撒气；
10.3)需分二期浇筑混凝土，施工极为繁琐复杂，工期长，对施工人员的技能程度及施工经验要求高，且劳动强度大；
11.4)较高水头的气盾坝的无穿孔锚固形式的上压板形状复杂，主锚固螺栓及主锚固定位施工及气盾坝的安装更加苛刻复杂，要求高，人为因素影响很大及劳动强度高。


技术实现要素：

12.针对现有气盾坝安装工程主锚固浇筑定位方法及技术存在的上述问题。本发明的目的在于提供一种气盾坝安装锚固系统及方法，保证了主锚固系统安装的精准性，满足了主锚固定位施工及气盾坝安装的苛刻复杂要求，并解决了人为因素及劳动强度。本发明改变了主锚固定位及施工方法，操作简便，节约了工程成本，气盾坝安装质量好。
13.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
14.一种气盾坝安装工程锚固系统，包括定位板，其上设有模板定位孔；前档板，其上设有二排平行且每排呈交替分布的排气孔和根部埋件定位孔；后挡板，其上设有一排呈交替分布的排气孔和楔部定位孔；侧挡板，其上设有侧挡板连接孔；肋板，其上设有吊装孔；根部埋件，包括根部埋件主板、筋板、剪力钉、定位螺栓；楔部埋件，包括楔部埋件主板、筋板、剪力钉、定位螺栓；主锚固螺栓排，包括主锚固螺杆、锚固排支架、螺栓排上定位螺母和螺栓排下定位螺母；楔形压板，包括楔形扣脚、扣脚顶部为哑铃头状的顶压头，若干个台阶式锚固螺栓孔，包括上台阶孔为固定锚固螺栓的螺母、下台阶孔为穿锚固螺杆，根部模具哑铃头状压脚，平铺凸字型空腔，空腔具有肋筋和吊装孔，平铺半凸字型空腔，上表面板。所述的平铺半凸字型空腔，为相邻的两块楔形压板的平铺半凸字型空腔，使用构成一个完整的凸字型空腔；柔性铰链盖板，包括楔形部，铰接部，圆形固定部，主锚固螺栓孔，定型防脱圆棒。
15.本发明所述的定位模具：由q355b碳钢或304不锈钢材质制得，是通过焊接工艺制作成的定位整体模具。其中q355b碳钢做防腐处理，即喷丸、除渣表面处理，镀锌及涂层防腐。金属整体模板的与混凝土接触面不用表面处理及防腐。
16.本发明所述的根部埋件和楔部埋件：其主板为304不锈钢材质，筋板、剪力钉、定位螺栓为q235b碳钢材质。
17.本发明所述的主锚固螺栓排：主锚固螺杆为304不锈钢材质，主锚固螺栓排支架由槽钢制作。
18.本发明所述的主锚固螺栓排的制作方法：
19.1)将主锚固螺杆从锚固排支架的上梁和底梁的圆孔穿过，并上梁和底梁与与螺杆的上下接触面满焊接相连；
20.2)再将锚固排框架的两立边端与上梁和底梁的端满焊固定。
21.本发明所述的楔形压板：由铸钢或铸铁材质浇筑制成的，并经过简单机械加工及喷锌处理。
22.本发明所述的柔性铰链盖板：由纤维增强三元乙丙橡胶胶片制成，定型防脱圆棒为钢丝绳。
23.本发明所述的柔性铰链盖板的制作方法：
24.1)将一层橡胶胶片及一层挂胶帘线布交替铺设在模具中，胶片为n+1 层，一层帘线布为n层。铺设时，绕过模具内的圆柱(为了形成主锚固螺栓孔(64)；同时包裹定型防脱圆棒，制备柔性铰链盖板的预成型体。即柔性铰链盖板产品的主锚固螺栓孔不是后打的孔，其有效地防止后打的孔在应用时被撕开，并有效地防止气盾坝漏气或慢撒气。
25.2)将装有柔性铰链盖板的预成型体的模具放入热压罐中硫化。
26.3)硫化工艺完成后，冷却出罐，脱下模具，即制备了柔性铰链盖板。
27.本发明所述的气盾坝安装工程锚固系统的施工方法：
28.1)将楔部埋件通过楔部埋件定位孔用定位螺栓安装在定位模板的后挡板上，将根部埋件通过根部埋件定位孔用定位螺栓安装在定位模板的前挡板上。
29.2)所述主锚固浇筑定位模具与楔部埋件、根部埋件组装完成后，通过模板定位孔将该组件安装到主锚固螺栓排上，用主锚固定位螺母将其固定。
30.3)定位模具是通过主锚固螺栓排的固定支架，与根部埋件、楔部埋件用槽钢焊接固定的。
31.4)检验复核主锚固浇筑定位模板高程、水平度、垂直度、间距、基准点位尺寸；复核合格后再进一步焊接牢固。
32.5)按照主锚固浇筑定位模板的形状，编织及绑扎钢筋笼，检验合格后浇筑混凝土。
33.6)混凝土强度达到设计值80％，拆下主锚固螺栓排的上螺母、根部埋件 (2)和楔部埋件的定位螺栓，试探性拆除主锚固浇筑定位模具，验证混凝土强度满足拆模条件后拆模。
34.7)在主锚固螺栓排上铺设气囊。
35.8)柔性铰链盖板通过钢盾板上的铰链盖板螺栓固定，并铺设气囊。
36.9)在气囊上面铺设组装好的柔性铰链盖板与钢盾板。
37.10)安装主锚固楔形压板，拧紧主锚固螺母。
38.在气盾坝安装工程中，主锚固浇筑定位模具、根部埋件和楔部埋件、主锚固螺栓排与锚固系统与钢筋笼一起设置，一次性用混凝土浇筑主锚固基础。混凝土有强度后，取下主锚固浇筑定位模具，在主锚固排的螺杆上铺设气囊 (楔形边)。
39.之后，用楔形压板通过柔性铰链盖板、盾板轴及钢盾固定螺栓将气囊(楔形边位子)和钢盾安装上，实现气盾坝坝体建造。
40.其保证了主锚固安装的精准性，满足了主锚固定位施工及气盾坝安装的苛刻复杂要求，并解决了人为因素及劳动强度。
41.本发明气盾坝安装工程锚固系统施工方法简单、轻便及精准，与钢筋笼一同设置，一次性用混凝土浇筑主锚固基础。其节约工程成本，效率高，气盾坝安装质量好。
42.本发明主锚固系统制造工艺简单，仅通过金属切割、钻孔、焊接及表面防腐处理即可制得，且原料易得，成本低。
43.本发明的优点与效果是：
44.1)本发明的气盾坝安装工程主锚固系统的结构简单、轻质、美观、安装、拆卸、维护、运输及贮存简捷、实用性强、主锚固浇筑定位精准，满足主锚固螺栓及主锚固定位施工及气盾坝安装的苛刻复杂要求。
45.2)本发明的施工方法简单、轻便及精准，一次性混凝土浇筑，节约工程成本，安装效率高，气盾坝安装质量好。
46.3)本发明的制造工艺简单，原料易得，成本低。
附图说明
47.图1为本发明气盾坝安装工程锚固系统安装示意图；
48.图2为本发明气盾坝安装工程锚固系统结构剖视图；
49.图3为本发明的定位模具结构三维示意图；
50.图4为本发明的根部埋件的结构剖视图；
51.图5为本发明的楔部埋件的结构剖视图；
52.图6为本发明的主锚固螺栓排的结构示意图；
53.图7a为本发明的楔形压板的结构剖视图；
54.图7b为本发明的楔形压板的三维示意图；
55.图7c为本发明的楔形压板的三维示意图；
56.图8a为本发明的铰链盖板的结构示意图；
57.图8b为本发明的铰链盖板的结构剖视图。
58.图1～2中标记：1-主锚固浇筑定位模具，2-根部埋件，3-楔部埋件，4-主锚固螺栓排，5-楔形压板，6-铰链盖板柔性，7-气囊(楔形边位子)，8-钢盾， 9-盾板轴，10-钢盾固定螺栓。
59.图3中标记：101-定位板/底板，102-模具定位孔，103-前档板，104-排气孔，105-根部埋件定位孔，106-后挡板，107-楔部定位孔，108-侧挡板，109
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侧挡板连接孔，110-肋板，111-吊装孔。
60.图4中标记：201-根部埋件主板，202-筋板，203-剪力钉，204定位螺栓。
61.图5中标记：301-楔部埋件主板，302-筋板，303-剪力钉，304定位螺栓。
62.图6标记：401-主锚固螺栓，402-锚固排框架，403-螺栓排上定位螺母， 404-螺栓排下定位螺母。
63.图7a～7c标记：5-楔形压板，51-楔形扣脚，511-扣脚顶部为哑铃头状的顶压头；52-台阶式锚固螺栓孔，521上台阶孔，522-下台阶孔，53-根部模具哑铃头状压脚，54平铺凸字型空腔，55-平铺半凸字型空腔，56-肋筋，57-吊装孔，58-上表面板。
64.图8a～8b中标记：61-楔形部，62-铰接部，63-圆形固定部，64-主锚固螺栓孔，65-定型方脱圆棒。
具体实施方式
65.下面结合附图1-8和实施例对本发明作进一步的详细说明。
66.显然，所描述的实施例仅仅是本发明的代表性实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
67.在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1～8所示的方位或位置关系，仅为便于描述本发明简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，所述尺寸均为从中心线算起。
68.实施例1
69.某省内河，历史上曾经是区域最大的支流，现为独立入海的河流、同时也是水资源最丰富的内河。流域范围在该省中东部，流经多个市县，向南流入大海，全长415公里。为充分在水安全、水资源、水环境、水生态、水景观、水文化、水管理、水经济等方面起着重要影响及收益，建造一座挡水3.8米、长410米气盾坝。为此工程很好地发挥效能，并创优质工程，必须解决锚固系统及安装问题。
70.采用了本发明的气盾坝安装锚固系统及方法。
71.如图1～2所示，一种气盾坝安装工程锚固系统，包括，定位模具1，其定位板101，其上设有模具定位孔102；前档板103，其上设有二排平行且每排呈交替分布的排气孔104和根部埋件定位孔105；后挡板106，其上设有一排呈交替分布的排气孔104和楔部定位孔107；侧挡板108，其上设有侧挡板连接孔 109；肋板110，其上设有吊装孔111；根部埋件2，包括根部埋件主板201、筋板202、剪力钉203、定位螺栓204；楔部埋件3，包括楔部埋件主板301、筋板 302、剪力钉303、定位螺栓304；主锚固螺栓排4，包括主锚固螺杆401、锚固排支架402、螺栓排上定位螺母403和螺栓排下定位螺母404；楔形压板5，包括楔形扣脚51、扣脚顶部为哑铃头状的顶压头511，若干个台阶式锚固螺栓孔 52，包括上台阶孔521为固定锚固螺栓的螺母、下台阶孔522为穿锚固螺杆，根部模具哑铃头状压脚53，平铺凸字型空腔54，空腔具有肋筋56和吊装孔57，平铺半凸字型空腔55，上表面板58。所述的平铺半凸字型空腔55，为相邻的两块楔形压板5的平铺半凸字型空腔55，使用构成一个完整的凸字型空腔54；柔性铰链盖板6，包括楔形部61，铰接部62，圆形固定部63，主锚固螺栓孔64，定型防脱圆棒65。
72.本实施例中的主锚固浇筑定位模具1为304不锈钢材质制作，全长2998mm，每块定位板上设有250mm等距的11个φ52定位孔102，相邻的两块主锚固浇筑定位模板的两端的定位孔也是等距的，即模板两端的定位孔离侧挡板108边124mm，侧挡板厚度为4mm。
73.前档板103，其上设有二排平行(平行距离99.3mm)且每排交替分布的排气孔104和根部埋件定位孔105，相邻的两块主锚固浇筑定位模板的前档板的两端的根部埋件定位孔也是375mm等距的。上排孔为φ13.5mm，下排为条形孔φ13.5mm+孔距14.65mm。
74.后挡板6，其上设有一排交替分布的排气孔为φ13.5mm104和楔部定位孔为φ13.5mm107，相邻的两块主锚固浇筑定位模具的后档板的两端的楔部埋件定位孔也是375mm等距的。
75.侧挡板108，其上设有两个连接孔为φ16mm109，用于连接相邻模具。
76.肋板110，每块模板上设有三个4mm厚肋板，第一和第三块肋板上面各设有两个吊装孔为φ50mm111，位于该模具质心两侧对称布置。
77.本实施例中的主锚固螺栓排4的主锚固螺杆401为304不锈钢材质。
78.本实施例中的主锚固排4全长2998mm，螺栓m48，主锚固螺杆401全长1000mm，探出锚固排底梁20mm，螺杆间距离250mm、锚固排端螺杆距离 115mm。
79.本实施例中的楔形压板5为铸铁材质制作。
80.本实施例的气盾坝安装工程锚固系统的施工方法：
81.1)将楔部埋件3通过楔部埋件定位孔用定位螺栓304安装在定位模板的后挡板上，将根部埋件2通过根部埋件定位孔用定位螺栓204安装在定位模具的前挡板上。
82.2)所述主锚固浇筑定位模具1与楔部埋件3、根部埋件2组装完成后，通过模板定位孔将该组件安装到主锚固螺栓排4上，用主锚固定位螺母403、 404将其固定。
83.3)定位模具1是通过主锚固螺栓排4的固定支架402，与根部埋件2、楔部埋件3用槽钢焊接固定的。
84.4)检验复核主锚固浇筑定位模板高程、水平度、垂直度、间距、基准点位尺寸；复核合格后再进一步焊接牢固。
85.5)按照主锚固浇筑定位模具的形状，编织及绑扎钢筋笼，检验合格后浇筑混凝土。
86.6)混凝土强度达到设计值80％，拆下主锚固螺栓排4的上螺母403、根部埋件2和楔部埋件3的定位螺栓204、304，试探性拆除主锚固浇筑定位模具1，验证混凝土强度满足拆模条件后拆模。
87.7)在主锚固排4的主锚固螺杆401上铺设气囊7。
88.8)柔性铰链盖板6通过钢盾板8上的铰链盖板螺栓10固定，并铺设再气囊7上面。
89.9)在气囊上面铺设组装好的柔性铰链盖板6与钢盾板8。
90.10)安装主锚固楔形压板5，拧紧主锚固螺母。
91.本实施例的气盾坝安装工程主锚固浇筑定位模具的施工方法中，涉及的剪力钉203、303是分别用在定位及固定在根部埋件2和楔部埋件3。
92.实施例2
93.国内某山区省份支河，水质较差，建造挡水高2.5米、长40米气盾坝一座。采用了本发明的气盾坝安装锚固系统及方法。
94.本实施例中的主锚固浇筑定位模具1为q355b碳钢材质制作，全长 2998mm，每块定位板上设有250mm等距的11个φ48定位孔102。
95.本实施例中的主锚固排4全长2998mm，螺栓m42，主锚固螺杆401全长 840mm，探出锚固排底梁20mm，螺杆间距离250mm、锚固排端螺杆距离 115mm。
96.本实施例中的螺栓螺杆401为316l不锈钢材质。
97.本实施例中的楔形压板5为铸钢材质制作。
98.除此，本实施例的制造及安装施工方法同实施例1。
99.本发明改变了气盾坝安装工程锚固系统的定位及施工方法，定位、轻便及精准，施工简便，模具与根部埋件、楔部埋件及钢筋笼一起设置，一次性用混凝土浇筑。模具可循环利用，节约工程成本，效率高，气盾坝安装质量好。
100.本发明的锚固系统生产工艺过程简便，生产稳定性好；可满足锚固件的简便精准定位。特别适用于水坝的施工。
101.本发明形成新的经济增长点，对锚固系统及气盾坝的相关理论和材料的应用的发展有借鉴作用，具有重要的社会效益和经济效益。
102.上述实施例为本发明较佳的代表性实施方式，但本发明并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的实质及原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效的置换方案，均应包含在本发明的保护范围内。