一种防止混凝土面板与堆石坝坝体脱空的系统及施工方法技术领域
本发明涉及堆石坝坝体施工技术领域，具体来说，涉及一种防止混凝土面板与石
坝坝体脱空的系统及施工方法。
背景技术
作为拦洪、灌溉和发电的挡水建筑物拦河大坝，利用当地材料(开山石料或河道砂
砾石)筑坝的混凝土面板堆石坝如图1所示，自大坝上游向下游设计分为混凝土面板、垫层
料、过渡料层、主堆石区和次堆石区。
在混凝土面板堆石坝施工期，对每期混凝土面板浇筑施工一般滞后大坝坝体填筑
3-6个月，以实现大坝的预沉降，防止大坝运行期内沉降过大，造成混凝土面板与大坝坝体
脱空，从而导致混凝土面板断裂或挤压破坏，有可能造成大坝坝体渗透量过大，给坝体造成
安全隐患。
无论是碾压多密实、预沉降时间多长的堆石大坝，在大坝运行期，大坝坝体还需多
年的沉降稳定，必定造成大坝的混凝土面板与和其相接触的垫层料之间存在一定的脱空，
如果不采取措施，在水压力的作用下，混凝土面板将发生断裂，导致大坝渗透量逐步加大，
给大坝安全造成威胁。
公开号CN104480905A的专利公开了一种预防面板脱空的混凝土面板坝上游面结
构及施工方法，具体公开了包括混凝土面板、混凝土趾板、挤压边墙及防浪墙，所述挤压边
墙紧贴在混凝土面板下方，所述防浪墙位于混凝土面板和挤压边墙顶部，所述混凝土趾板
位于混凝土面板底部与基础连接，所述挤压边墙表面顺坡面方向平行间隔设置有若干沟
槽，在沟槽内埋设有回填灌浆管，所述回填灌浆管的表面铺设有防堵保护膜。
公开号CN104988884A公开了一种用于面板堆石坝的脱空变形监测装置及安装方
法，具体公开了：所述装置包括垫层、底座、测缝计及木盖板，所述垫层水平设置于堆石体
上，所述底座设置于垫层上，并通过固定锚杆固定，所述木盖板设置于混凝土面板底面，所
述测缝计一端固定在底座上，另一端穿过木盖板后与混凝土面板固定，所述垫层上方位于
混凝土面板之间还填充有回填材料；所述方法步骤包括(1)掏安装槽；(2)铺填垫层；(3)安
装底座；(4)安装测缝计；(5)安装木盖板。
上述专利申请均未公开一种能够用于混凝土面板与堆石坝坝体脱空的监测系统。
发明内容
本发明的目的在于提出一种防止混凝土面板与堆石坝坝体脱空的系统及施工方
法，能够实时监测混凝土面板与堆石坝坝体之间的脱空情况，并能对上述情况做出实时的
预警。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种预防混凝土面板与堆石坝坝体脱空的系统，包括设于混凝土面板与堆石坝坝
体垫层料之间的灌浆管路和脱空计，所述脱空计连接有设于堆石坝坝体外面的计算机，所
述计算机内设有预警模块，所述预警模块用于将脱空计测得的混凝土面板与堆石坝坝体垫
层料之间的位移数据与预警模块内预先设定的预警阈值进行比较，当测得的位移数据达到
所述预警阈值的要求时，预警模块发出相应的警告。
进一步的，所述混凝土面板内设有基准板，所述堆石坝坝体垫层料内相对所述基
准板的位置设有混凝土底座，所述混凝土底座与基准板之间通过关节轴承连接有两个脱空
计，所述基准板位于两个关节轴承之间的部分与两个脱空计构成一等边三角形。
进一步的，所述脱空计于堆石坝坝体高度方向的1/3坝高、1/2坝高和2/3坝高处布
置。
进一步的，所述预警阈值为预先设定的混凝土面板与堆石坝坝体之间沿相互平行
方向和相互垂直方向的若干档级位移值，所述预警模块还用于将脱空计测得的位移数据换
算为沿混凝土面板与堆石坝坝体相互平行方向的和相互垂直方向的位移数据。
进一步的，所述灌浆管路包括灌浆管和回浆管，所述灌浆管呈梅花形布置，所述梅
花形布置的尺寸为10*10cm-15*15cm，所述灌浆管的直径为5mm，所述灌浆管的入口处包覆
有1-3层的滤网，所述滤网的尺寸为100-200目。
进一步的，所述计算机连接有报警器，所述报警器选自灯光报警器和蜂鸣报警器
中的一种或多种。
一种防止混凝土面板与堆石坝坝体脱空的施工方法，包括如下步骤：
1)堆石坝坝体施工期间，在混凝土面板与堆石坝坝体垫层料之间预先埋设若干灌
浆管路和脱空计；
2)将脱空计与堆石坝坝体外面的计算机相连；
3)在计算机内建立混凝土面板与堆石坝坝体垫层料之间脱空的预警模块，所述预
警模块用于将脱空计测得的混凝土面板与堆石坝坝体垫层料之间的位移数据与预警模块
内预先设定的预警阈值进行比较，当测得的位移数据达到所述预警阈值的要求时，预警模
块发出相应的警告；
4)当预警模块发出相应的警告后，施工人员通过灌浆管路往堆石坝坝体内灌注灌
浆材料。
进一步的，步骤1)中安装脱空计的方法包括：
1.1)在堆石坝坝体垫层料中预先开挖浇筑混凝土底座，并与周边连接；
1.2)所述混凝土底座通过一关节轴承连接有两个脱空计；
1.3)在相对混凝土底座的位置布置基准板；
1.4)将两个脱空计通过关节轴承与基准板相连，并使基准板上两个关节轴承之间
的部分与两个脱空计构成一等边三角形；
1.5)调整等边三角形，使得等边三角形平面垂直于基准板；
1.6)回填堆石坝坝体垫层料，待浇筑混凝土面板时将基准板一并浇入。
进一步的，步骤1)中所述灌浆管路包括灌浆管和回浆管，所述灌浆管呈梅花形布
置，所述梅花形布置的尺寸为10*10cm-15*15cm，所述灌浆管的直径为5mm，所述灌浆管的入
口处包覆有1-3层的滤网，所述滤网的尺寸为100-200目。
进一步的，步骤4)中所述灌浆材料选用水泥加粉煤灰或者水泥加细砂子。
本发明的有益效果：本发明可实时监测混凝土面板与堆石坝坝体之间的脱空情
况，并能对上述情况做出及时的预警，避免了上述脱空问题对堆石坝坝体造成的安全隐患。
附图说明
图1是现有堆石坝的结构示意图；
图2是根据本发明实施例所述的堆石坝的结构示意图；
图3是图2中的A部放大图；
图4是根据本发明实施例所述的脱空计的布置结构示意图。
图中所示：
1-混凝土面板；2-堆石坝坝体垫层料；3-灌浆管；4-堆石坝坝体；5-基准板；6-混凝
土底座；7-脱空计；8-过渡料层；9-主堆石区；10-次堆石区；11-关节轴承。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整
地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
如图2所示，根据本发明的实施例所述的一种预防混凝土面板与堆石坝坝体脱空
的系统，包括设于混凝土面板1与堆石坝坝体垫层料2之间的灌浆管路和脱空计7，所述脱空
计7连接有设于堆石坝坝体4外面的计算机，所述计算机内设有预警模块，所述预警模块用
于将脱空计7测得的混凝土面板1与堆石坝坝体垫层料2之间的位移数据与预警模块内预先
设定的预警阈值进行比较，当测得的位移数据达到所述预警阈值的要求时，预警模块发出
相应的警告。所述预警阈值包括预先设定的混凝土面板与堆石坝坝体之间沿相互平行方向
和相互垂直方向的若干档级位移值和用于将脱空计测得的位移数据转化为沿混凝土面板
与堆石坝坝体相互平行方向的和相互垂直方向的位移数据的计算程序。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，所述混凝土面板1内设有基准板5，基准板5
用一块宽100mm，长1100mm，厚8-10mm的钢板，在中心位置打2个孔距900mm，直径约10mm的
孔，用于安装关节轴承11，所述堆石坝坝体垫层料2内相对所述基准板5的位置设有混凝土
底座6，所述混凝土底座6的尺寸为长*宽*高＝50*50*50cm，所述混凝土底座6与基准板5之
间通过关节轴承11连接有两个脱空计7，所述基准板5位于两个关节轴承11之间的部分与两
个脱空计7构成一等边三角形。
如图4所示，当混凝土底座6由A点移动到B点时，用脱空计7测得的位移数据计算出
混凝土面板1与混凝土底座6之间的位移X值和Y值，进而得出混凝土面板1与堆石坝坝体垫
层料2之间在X方向和Y方向的位移值。
进一步的，对于河道大坝，通常选择3至5个横断面来布置脱空计7，以选择3个横断
面为例，脱空计7沿大坝高度方向坝高的个横断面来布置脱空计7，具体为沿大坝高度方向
坝高的1/3、1/2和2/3位置处布置。上述布置方式无论是从大坝轴线长度方向，还是沿大坝
高程方向，都能够得到对堆石坝坝体4的脱空具有代表性的特征参数。
如图2-3所示，所述灌浆管路包括灌浆管3和回浆管，所述回浆管还用于排气，所述
灌浆管3呈梅花形布置，所述梅花形布置的尺寸为10*10cm-15*15cm，所述灌浆管3的直径为
5mm，所述灌浆管3的入口处包覆有1-3层的滤网，所述滤网的尺寸为100-200目，以防止灌浆
物料堵塞灌浆管3。
为了使本发明系统预警更加直观明显，本发明所述计算机还连接有报警器，所述
报警器选用灯光报警器和蜂鸣报警器中的一种或多种。
具体使用时，混凝土面板1采用脱空计7观测属于大量程位移观测。优选大量程、高
性能的位移传感器来实现，量程一般选用100-300mm，方能适用于面板堆石坝的脱空观测，
脱空计7、灌浆管路和计算机构成一种预防混凝土面板1与堆石坝坝体脱空的系统，脱空计7
实时反馈自身的变化，并将所述变化数据反馈到计算机中，计算机根据其内设有的计算程
序将上述变化数据换算为混凝土底座6与基准板5沿X轴方向和Y轴方向的变换数据，并将算
得的变换数据与计算机内事先设定的若干档级位移值进行比较，如设定30mm、50mm、70mm等
不同档级，当上述算得的变换数据位于相应的档级时，报警器放出相应的报警信息。
本发明还公开了一种防止混凝土面板与堆石坝坝体脱空的施工方法，包括如下步
骤：
堆石坝坝体施工期间，在混凝土面板1与堆石坝坝体垫层料2之间预先埋设一定数
量的灌浆管路和脱空计7，并将脱空计7与堆石坝坝体4外面的计算机相连，在计算机内建立
混凝土面板1与堆石坝坝体垫层料2之间脱空的预警模块，所述预警模块用于将脱空计7测
得的混凝土面板1与堆石坝坝体垫层料2之间的位移数据与预警模块内预先设定的预警阈
值进行比较，当测得的位移数据达到所述预警阈值的要求时，预警模块发出相应的警告；当
预警模块发出相应的警告后，施工人员通过灌浆管路往堆石坝坝体4内灌注灌浆材料。
安装脱空计7的方法包括：
在堆石坝坝体垫层料2中预先开挖浇筑混凝土底座6，并与周边连接，所述混凝土
底座6通过一关节轴承11连接有两个脱空计7，相对混凝土底座6的位置布置基准板5，将两
个脱空计7通过关节轴承11与基准板5相连，并使基准板5上两个关节轴承11之间的部分与
两个脱空计构成一等边三角形，调整使等边三角形平面垂直于基准板5，回填堆石坝坝体垫
层料2，待浇筑混凝土面板1时将基准板5一并浇入。
所述灌浆材料选用水泥加粉煤灰或者水泥加细砂子。
所述灌浆管路包括灌浆管3和回浆管，所述灌浆管3呈梅花形布置，所述梅花形布
置的尺寸为10*10cm-15*15cm，所述灌浆管3的直径为5mm，所述灌浆管的入口处包覆有1-3
层的滤网，所述滤网的尺寸为100-200目。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明系统能够实时监测混凝土面板
与堆石坝坝体之间的脱空情况，并能对上述情况做出实时的预警。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。