CN104695386A - 用于沟水处理的挡排结构以及挡排方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对高山峡谷地区支流沟谷进行沟水处理的挡排结构以及挡排方法，属于水电工程构造领域，其挡排结构包括混凝土挡水坝和土石挡水坝；还包括管涵和设置在土石挡水坝上朝向沟水渠一侧的迎水斜坡面上的复合材料层。通过采用混凝土挡水坝和土石挡水坝相结合的挡水结构，可节省场地与工程投资、施工周期短、简化施工难度，节约成本；同时设置复合材料层保证了土石挡水坝的挡水效果、防冲刷效果和防渗透效果。另外，本发明所述的挡排方法，采用本发明的挡排结构，可根据沟水渠的非汛期水位和汛期水位采用混凝土挡水坝或者混凝土挡水坝和土石挡水坝结合的挡排结构来实现对沟水挡排效果。

Description

用于沟水处理的挡排结构以及挡排方法
技术领域
本发明涉及水电工程构造领域，尤其涉及一种针对高山峡谷地区支流沟谷进行沟水处理的挡排结构。此外，本发明还涉及一种针对高山峡谷地区支流沟谷进行沟水处理的挡排方法。
背景技术
在高山峡谷地区建筑水电站工程时，支流沟谷多为常年流水、且切割较深，由于近坝区可利用的施工场地极少，而工程建设中有大量的施工弃渣需要堆存，还需布置各类施工辅助设施及跨沟施工道路，因此，常利用坝址附近的支流沟谷作为拦沟型弃渣场、施工辅助设施区或跨沟施工道路等，自然需对沟谷进行沟水处理。常规的沟水处理方式多采用挡水坝+排水洞的方式，此种沟水处理方式，对山体地质条件要求较高，工程量较大、工程投资较高，施工难度较大，且沟水处理工程自身的施工弃渣需另找地方堆存，占用的施工场地较大、施工周期较长。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种结构简单、施工周期短、节省场地与工程投资、施工方便的用于沟水处理的挡排结构以及相应的挡排方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于沟水处理的挡排结构，包括混凝土挡水坝和土石挡水坝，所述混凝土挡水坝设置在土石挡水坝下方朝向沟水渠的一侧；还包括管涵，所述管涵埋在混凝土挡水坝和土石挡水坝内，并且管涵的一端穿过混凝土挡水坝后与沟水渠连通，另一端与下游河道连通；在土石挡水坝上朝向沟水渠一侧的迎水斜坡面上设置有复合材料层，所述复合材料层的下端与混凝土挡水坝连接。
进一步的是：所述复合材料层由外层到内层依次为坡面混凝土层、复合土工膜层、无砂混凝土层、垫层料、过渡料。
进一步的是：所述复合材料层中的复合土工膜层伸入到混凝土挡水坝内部。
进一步的是：所述复合材料层在土石挡水坝的顶部折弯后形成土石挡水坝顶层。
进一步的是：在管涵的尾端设置有混凝土镇墩，所述管涵穿过混凝土镇墩后与下游河道连通。
进一步的是：所述混凝土挡水坝的底端嵌入地基一定深度，其顶端高于沟水渠的非汛期水位高程1～2m；所述土石挡水坝的顶端高于沟水渠的汛期水位高程2～3m。
进一步的是：在混凝土挡水坝的顶端设置有清污平台和栏杆，在管涵与沟水渠连通的入口端处设置有拦污栅。
进一步的是：所述管涵设置有斜度，并且与沟水渠连通的一端高于与下游河道连通的一端。
进一步的是：所述土石挡水坝的下游坝脚位置处设置有块石排水体。
另外，本发明还提供一种用于沟水处理的挡排方法，其采用上述用于沟水处理的挡排结构，在非汛期由混凝土挡水坝对沟水渠中的沟水进行挡水，在汛期由混凝土挡水坝和土石挡水坝共同对沟水渠中的沟水进行挡水；并且所述土石挡水坝由施工弃渣堆积而成，在土石挡水坝下游坝脚位置与下游河道之间通过堆积回填土形成施工区域；所述管涵位于回填土内。
本发明的有益效果是：通过采用混凝土挡水坝和土石挡水坝相结合的挡水结构，可节省场地与工程投资、施工周期短、简化施工难度。同时土石挡水坝还可采用现场施工弃渣堆积而成，进一步简化施工难度，节约成本。为保证土石挡水坝的挡水效果和防冲刷效果，在其迎水斜坡面上设置有复合材料层。另外，在非汛期由混凝土挡水坝对沟水渠中的沟水进行挡水，在汛期由混凝土挡水坝和土石挡水坝共同对沟水渠中的沟水进行挡水；实现了根据沟水的季节性变化而进行设计，在满足挡水结构正常、安全使用的情况下最大化的简化挡水结构，降低施工投资。另外，还可根据实际地理情况，通过堆积回填土在土石挡水坝下游坝脚位置处与下游河道之间形成可供堆放弃渣用的弃渣场、施工辅助设施区域或跨沟施工道路等用的施工区域。
附图说明
图1为本发明所述的用于沟水处理的挡排结构的示意图；
图2为图1中局部区域A的放大示意图；
图中标记为：土石挡水坝1、复合材料层2、坡面混凝土层21、复合土工膜层22、无砂混凝土层23、垫层料24、过渡料25、土石挡水坝顶层3、混凝土挡水坝4、拦污栅5、管涵6、栏杆7、清污平台8、块石排水体9、回填土10、混凝土镇墩11、沟水渠12、下游河道13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1和图2中所示，本发明所述的用于沟水处理的挡排结构，包括混凝土挡水坝4和土石挡水坝1，所述混凝土挡水坝4设置在土石挡水坝1下方朝向沟水渠12的一侧；还包括管涵6，所述管涵6埋在混凝土挡水坝4和土石挡水坝1内，并且管涵6的一端穿过混凝土挡水坝4后与沟水渠12连通，另一端与下游河道13连通；在土石挡水坝1上朝向沟水渠12一侧的迎水斜坡面上设置有复合材料层2，所述复合材料层2的下端与混凝土挡水坝4连接。
其中，混凝土挡水坝4设置在土石挡水坝1下方朝向沟水渠12的一侧，如图1中所示。其设置在土石挡水坝1的上游的坡脚处，其主要原因是考虑到将混凝土挡水坝4设置沟水渠12的挡排结构的下端，可承受较大的水压；并且，通常挡排结构的下端部分常年受到水流冲刷，因此采用混凝土结构可增强其抗冲刷效果；并且混凝土结构也可对管涵6起到较好的安装和固定作用，确保挡排结构整体的稳固性。而在混凝土挡水坝4的上方以及下游部分则采用土石挡水坝1，并且土石挡水坝1可直接采用弃渣料堆筑而成，其主要原因是考虑到土石挡水坝1本身承受沟水渠内1的水压较低，而且其迎水斜坡面受到水流冲刷的情况也较少，因此对土石挡水坝1的结构强度要求较低；另外，通过采用弃渣料堆筑成土石挡水坝1，其可就地取材，且施工方便，成本低廉。当然，为了保证土石挡水坝1上的迎水斜坡面能具有将强的抗水流冲刷效果，同时具有较好的防渗透效果，本发明在迎水斜坡面上还设置有一层复合材料层2。
其中复合材料层2的作用由上所述，主要为增强迎水斜坡面的抗水流冲刷，同时起到防渗透效果，因此理论上只要能满足以上要求的合材料层2即可。本发明优选一种如下结构的复合材料层2，其由外层到内层依次为坡面混凝土层21、复合土工膜层22、无砂混凝土层23、垫层料24、过渡料25。其中坡面混凝土层21作为直接与水流接触的表层，通过采用混凝土铺设而成，其结构强度较高，抗冲刷效果较好。而复合土工膜层22则具有较强的防渗透效果，可防止沟水渗透入土石挡水坝1内，由于土石挡水坝1一般由弃渣料堆筑而成，因此一旦渗入沟水后将容易导致其出现溃坝现象，引发安全事故。而为了增强复合材料层2整体与土石挡水坝1之间的接触关系，考虑到土石挡水坝堆积后其表面材料凹凸不平，且粒径大小不一，因此如果直接铺设复合土工膜层22和坡面混凝土层21则其连接效果不理想，容易出现脱层现象，因此在复合土工膜层22和土石挡水坝1之间进一步还设置有无砂混凝土层23、垫层料24和过渡料25等。当然，可根据实际情况，设置多层复合材料层2，或者在复合材料层2内设置将其某种材料层设置多层，如在一层复合材料层2内设置有多层的复合土工膜层22。
复合材料层2中复合土工膜层22的作用主要是防渗透，考虑到复合材料层2与混凝土挡水坝4衔接时往往容易出现缝隙，为此，本发明进一步可将复合土工膜层22伸入到混凝土挡水坝4内部，避免沟水通过上述缝隙渗入到土石挡水坝1内。
另外，对于土石挡水坝1的顶部，也可将复合材料层2在土石挡水坝1的顶部折弯后形成土石挡水坝顶层3。并且，对于土石挡水坝顶层3上的复合材料层2，其中可不设置复合土工膜层22。
一般的，可在在管涵6的尾端设置有混凝土镇墩11，所述管涵6穿过混凝土镇墩11后与下游河道13连通。这样在管涵6的末端设置混凝土镇墩11后可起到对管涵6较好的限制，同时混凝土镇墩11还可避免一些松散的岩土落入到下游河道13内。
为提高混凝土挡水坝4的稳定性，通常将混凝土挡水坝4的底端嵌入地基一定深度；其顶端则设置为高于沟水渠12的非汛期水位高程1～2m，而土石挡水坝1的顶端则设置为高于沟水渠12的汛期水位高程2～3m。所谓沟水渠12的非汛期水位和汛期水水位，一般根据实际情况以及当地的统计数据得到；这样设置的好处是，在一年中的非汛期时，并且非汛期一般持续时间较长；沟水渠内的水完全由混凝土挡水坝4负责挡排即可，可避免对土石挡水坝1的长时间冲刷和长期施压；而在一年中的汛期时，并且汛期一般持续时间较短，则土石挡水坝1也可起到相应的挡排结构。通过上述根据非汛期和汛期的分段情况，相应采用混凝土挡水坝4以及混凝土挡水坝4和土石挡水坝1相结合的结构进行沟水的挡排，可降低对土石挡水坝1的强度、结构要求，并且提高了整个挡水结构运行期间的稳定性。
另外，还可在混凝土挡水坝4的顶端设置有清污平台8和栏杆7，在管涵6与沟水渠12连通的入口端处设置有拦污栅5。拦污栅5的作用是防止污染物进入管涵6中造成堵塞，而清污平台8和栏杆7则确保清污方便和安全。
对于管涵6，其作用是将沟水取12内的沟水排至下游河道13内，因此一般可设置有斜度，或者设置有斜度段和水平段相连接的结构，并且与沟水渠12连通的一端高于与下游河道13连通的一端。当然，其倾斜角度大小、管径、长度、最大埋深等应根据水力学计算结果、实际地质地形条件、挡水坝体布置、公路位置、渣场位置、泄洪需求等综合选定。另外，一般而言将管涵6的进口布置在混凝土挡水坝4上并且管涵底部略高于沟谷谷底高程，这样可预留一定的淤积库容。并可通过在混凝土挡水坝4顶部设置了清污平台8和栏杆7，方便工作人员定期对管涵进口的清理，以防堵塞。
另外，在所述土石挡水坝1的下游坝脚位置处设置有块石排水体9，其作用主要为进一步提高土石挡水坝1的下游坝坡稳定性。
进一步，通过上述设置后，只需要在土石挡水坝1下游坝脚位置处与下游河道13之间通过堆积回填土10即可形成施工区域；当然，回填土10将管涵6埋在其中。回填土10可直接采用弃渣，此时施工区域实际充当弃渣场得作用，当然，如果需要将施工区设置为施工辅助设施区或跨沟施工道路等，则只需要通过对回填土10进行相应处理即可。
另外，本法所述的用于沟水处理的挡排方法，既是采用上述的用于沟水处理的挡排结构实现，在非汛期由混凝土挡水坝4对沟水渠12中的沟水进行挡水，在汛期由混凝土挡水坝4和土石挡水坝1共同对沟水渠12中的沟水进行挡水；并且所述土石挡水坝1由施工弃渣堆积而成，在土石挡水坝1下游坝脚位置与下游河道13之间通过堆积回填土10形成施工区域；所述管涵6位于回填土10内。其结合非汛期和汛期时沟水水位高低的特点，采取根据非汛期和汛期的不同情况，相应采用混凝土挡水坝4以及混凝土挡水坝4和土石挡水坝1相结合的结构进行沟水的挡排，可降低对土石挡水坝1的强度、结构要求。同时可在土石挡水坝1下游坝脚位置处与下游河道13之间通过堆积回填土10形成施工区域，该施工区域即可用做弃渣场、施工辅助设施区或跨沟施工道路等。

Claims (10)

1.用于沟水处理的挡排结构，其特征是：包括混凝土挡水坝(4)和土石挡水坝(1)，所述混凝土挡水坝(4)设置在土石挡水坝(1)下方朝向沟水渠(12)的一侧；还包括管涵(6)，所述管涵(6)埋在混凝土挡水坝(4)和土石挡水坝(1)内，并且管涵(6)的一端穿过混凝土挡水坝(4)后与沟水渠(12)连通，另一端与下游河道(13)连通；在土石挡水坝(1)上朝向沟水渠(12)一侧的迎水斜坡面上设置有复合材料层(2)，所述复合材料层(2)的下端与混凝土挡水坝(4)连接。
2.如权利要求1所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：所述复合材料层(2)由外层到内层依次为坡面混凝土层(21)、复合土工膜层(22)、无砂混凝土层(23)、垫层料(24)、过渡料(25)。
3.如权利要求2所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：所述复合材料层(2)中的复合土工膜层(22)伸入到混凝土挡水坝(4)内部。
4.如权利要求3所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：所述复合材料层(2)在土石挡水坝(1)的顶部折弯后形成土石挡水坝顶层(3)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：在管涵(6)的尾端设置有混凝土镇墩(11)，所述管涵(6)穿过混凝土镇墩(11)后与下游河道(13)连通。
6.如权利要求1至4中任一项所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：所述混凝土挡水坝(4)的底端嵌入地基一定深度，其顶端高于沟水渠(12)的非汛期水位高程1～2m；所述土石挡水坝(1)的顶端高于沟水渠(12)的汛期水位高程2～3m。
7.如权利要求1至4中任一项所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：在混凝土挡水坝(4)的顶端设置有清污平台(8)和栏杆(7)，在管涵(6)与沟水渠(12)连通的入口端处设置有拦污栅(5)。
8.如权利要求1至4中任一项所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：所述管涵(6)设置有斜度，并且与沟水渠(12)连通的一端高于与下游河道(13)连通的一端。
9.如权利要1至4中任一项所述的用于沟水处理的挡排结构，其特征是：所述土石挡水坝(1)的下游坝脚位置处设置有块石排水体(9)。
10.用于沟水处理的挡排方法，其特征是：采用上述权利要求1至9中任一项所述的用于沟水处理的挡排结构，在非汛期由混凝土挡水坝(4)对沟水渠(12)中的沟水进行挡水，在汛期由混凝土挡水坝(4)和土石挡水坝(1)共同对沟水渠(12)中的沟水进行挡水；并且所述土石挡水坝(1)由施工弃渣堆积而成，在土石挡水坝(1)下游坝脚位置与下游河道(13)之间通过堆积回填土(10)形成施工区域；所述管涵(6)位于回填土(10)内。
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