CN102561271A - 一种高聚物注浆土石坝及其施工方法 - Google Patents

一种高聚物注浆土石坝及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高聚物注浆土石坝及其施工方法。所述的高聚物注浆土石坝由堆石料、高聚物注浆堆石料和面板组合而成。坝体全部由堆石填筑而成、堆石和粘土心墙填筑而成或面板和堆石填筑而成。填筑过程中进行坝体整体注浆或在坝体上、下游表面进行注浆。本发明解决了常规土石坝不能过水，坝顶加速度较大，容易导致堆石体松动等特点，结构简单、施工方便，抗震稳定性得到明显提高，具有广阔的应用前景，是一种经济实用的坝型。

Description

一种高聚物注浆土石坝及其施工方法
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种高聚物注浆土石坝及其施工方法。
 
背景技术
我国位于世界两大地震带—环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。根据中国地震局显示的资料表明，1976年到2007年底我国发生的六级以上的大地震共有52起，其中2007年发生的5级及东部4级以上的地震共有25起，其中6~7级9起。由于经济建设和水电资源开发的需要，在强震区建设高土石坝在所难免，一旦发生事故，其后果将是灾难性的，因此有必要研究高土石坝在地震荷载作用下的动力特性问题。
土石坝具有取材方便、施工简单、适用于各种不良地质条件的特点以及设计、施工技术的发展，放宽了对筑坝材料的要求，几乎所有的土石料都可以分区上坝等优点，因而在近代水利工程中得到很大的发展。土石坝其最大的缺点在于坝身一般不能溢流，因此在设计过程中会预留一定的坝顶超高来满足要求。坝体高度增加以后，地震荷载作用下特别是高土石坝由于“鞭梢效应”的存在导致上部堆石体松动、滑移等破坏现象出现，降低坝体的整体稳定性。
 
发明内容
本发明的目的在于吸收土石坝本身的优点，同时克服了不能过水的缺点，发明一种比混凝土坝结构简单，施工方便，造价低，经济实用的高聚物注浆土石坝及其施工方法。
本发明采用以下技术方案实现：
一种高聚物注浆土石坝，其主要技术特征在于：心墙土石坝下游堆石体表面进行高聚物注浆，面板堆石坝下游堆石体表面进行高聚物注浆，堆石坝整个堆石体内进行高聚物注浆或在堆石体上、下游表面进行高聚物注浆；所述的高聚物注浆堆石体材料随坝体填筑进行分层注浆； 所述的高聚物注浆土石坝注浆孔至少为两排，采用三角形分布布置，孔间距3~5m；所述的高聚物注浆土石坝在坝顶范围采用全断面注浆加固。
 
本发明还涉及所述高聚物注浆坝的施工方法，包括以下步骤：
（1）进行土石坝分层填筑，当填筑高度达到5m左右时进行注浆钻孔布置；
（2）在坝体不同位置布置沿坝轴线分布的注浆钻孔，对于心墙高聚物注浆坝则在下游堆石体表面进行钻孔布置，堆石高聚物注浆坝则在上、下游堆石体表面进行钻孔布置或整体个断面进行钻孔布置，面板高聚物注浆坝则在下游堆石体表面进行钻孔布置，注浆孔在布置过程中至少布置两排，且采用三角形布置，钻孔间距3~5m；
（3）钻孔施工，为避免塌孔采用及时跟进注浆套管的施工方法；
（4）向注浆套管内进行高聚物注浆，高聚物在注浆套管内部发生化学反应，体积膨胀，通过注浆套管周边的孔洞流到堆石体孔隙中，充填孔隙，与堆石胶结在一起，一个钻孔注浆完成后提升注浆套管进行下一临近钻孔注浆，也可同时进行多孔注浆；
（5）整个断面注浆完成后，继续进行土石坝分层填筑，当填筑高度增加5m左右时重复（2）-（4）的步骤，直至到土石坝设计的高度，对于坝顶最后一层注浆孔的布置应覆盖整个坝顶。
 
本发明与现行的土石坝相比，其优点在于：
（1）能过水。防渗体与下游堆石体表面形成一个完整的防渗体结构，具有防水、防渗的功能，避免了常规土石坝满顶后下游堆石体被冲垮的危险，能够实现土石坝整体溢流的功能。
（2）抗震效果好。采用的高聚物注浆加固属于柔性加固方式，能够适应坝体的变形，采用高聚物注浆加固后在上、下游堆石体表面形成一个类似面板的覆盖层，能够有效的抑制下游堆石的滑动，坝坡在地震荷载作用下的稳定性提高。
（3）工期短。采用高聚物注浆与水泥注浆相比其龄期较短，不需要养护。
（4）与混凝土坝相比价格低，施工简单。
 
附图说明
图1  本发明土石坝注浆加固后横剖面图
      图1（a）心墙高聚物注浆土石坝；图1（b）面板高聚物注浆土石坝；图1（c）堆石高聚物表层注浆土石坝；图1（d）堆石高聚物整体注浆土石坝。
图2  图1中坝顶A区域局部放大图
图3  图1中沿B-B线的剖面图
图4  图3中C区域局部放大图
图中： 1 堆石， 2 心墙， 3 面板， 4 高聚物混合物， 5 注浆套管， 6 高聚物注浆管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
如图1、2、3和4所示，一种高聚物注浆土石坝，其心墙土石坝下游堆石（2）表面进行高聚物注浆，面板堆石坝下游堆石（2）表面进行高聚物注浆，堆石坝整个堆石（2）进行高聚物注浆或在堆石（2）上、下游表面进行高聚物注浆；所述的高聚物注浆堆石体材料随坝体填筑进行分层注浆；所述的高聚物注浆土石坝注浆孔至少为两排，采用三角形分布布置，孔间距3~5m；所述的高聚物注浆土石坝在坝顶范围采用全断面注浆加固。
一种高聚物注浆土石坝的施工方法，其技术步骤为：
坝体施工过程中采用分层填筑，当填筑厚度达到5m左右时，对于心墙高聚物注浆土石坝（图1（a）），在心墙（1）下游堆石（2）外侧布置两排钻孔，采用三角形布置；面板高聚物注浆土石坝（图1（b））在面板（3）下游堆石（1）外侧布置两排钻孔，采用三角形布置；对于堆石高聚物表层注浆土石坝（图1（c））在上、下游堆石（2）外侧分别布置两排钻孔，采用三角形布置；对于堆石高聚物整体注浆土石坝（图1（d））在坝体整个断面内进行钻孔布置，采用三角形布置。注浆孔间距为4m。
施工过程中为避免碎石踏孔，采用及时跟进注浆套管（5）方法成孔，注浆孔直径为50mm（一般不小于50mm）。往注浆套管（5）内放入高聚物注浆管（6），高聚物材料在注浆套管（5）内混合后发生化学反应，形成高聚物混合物（4），体积膨胀，通过注浆套管（5）周边的孔洞流到堆石（2）孔隙内，充填孔隙，形成一个紧密胶结的复合材料；根据堆石体的孔隙率和高聚物注浆体的加固范围计算注浆时间，达到预设的注浆时间后提升注浆套管改变注浆口位置，进行另一层位的堆石体注浆；最终形成一个以注浆孔为中心的类似圆柱的加固体；一个钻孔注浆完毕，在相邻钻孔进行相同的注浆方式，也可同时进行多孔注浆，最终形成一层高聚物加固坝顶的复合抗震体。
在完成该层的注浆加固后，继续进行坝体填筑，待填筑高度增加5m左右后重复前面的钻孔注浆工序，直到填筑到坝顶。对于坝顶最后一层注浆， 采用全断面布置钻孔，进行高聚物注浆。

Claims (2)

1.一种高聚物注浆土石坝，其主要技术特征在于：心墙土石坝下游堆石体表面进行高聚物注浆，面板堆石坝下游堆石体表面进行高聚物注浆，堆石坝整个堆石内进行高聚物注浆或在堆石体上、下游表面进行高聚物注浆；所述的高聚物注浆堆石体材料随坝体填筑进行分层注浆；所述的高聚物注浆土石坝注浆孔至少为两排，采用三角形分布布置，孔间距3~5m；所述的高聚物注浆土石坝在坝顶范围采用全断面注浆加固。
2.根据权利要求1所述的高聚物注浆土石坝的施工方法，包括以下步骤：
（1）进行土石坝分层填筑，当填筑高度达到4~6m时进行注浆钻孔布置；
（2）在坝体不同位置布置沿坝轴线分布的竖向注浆钻孔，呈三角形分布，钻孔间距3~5m，对于心墙高聚物注浆土石坝在下游堆石体表面进行注浆钻孔布置，堆石高聚物注浆土石坝在上下游堆石体表面进行注浆钻孔布置或整体断面进行注浆钻孔布置，面板高聚物注浆土石坝在下游堆石体表面进行注浆钻孔布置；
（3）钻孔施工过程中为避免碎石塌孔，采用及时跟进注浆套管的施工方法；
（4）向注浆套管内放入高聚物注浆管，进行高聚物注浆； 
（5）继续进行土石坝分层填筑，当填筑高度增加5m左右时重复（2）-（4）的步骤，直至到土石坝设计的高度，对于坝顶最后一层注浆孔的布置覆盖整个坝顶。
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