CN104878723A - 土石混合坝上下连体垂直防渗结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构及施工方法，所述垂直防渗结构包括中游墙幕上下连体防渗体、上游膜袋碎石注浆防渗体、下游碎石排水体以及坝顶灰土层；中游墙幕上下连体防渗体包括坝体碎石注浆墙和坝基帷幕灌浆体；槽底采用搅拌水泥土石扩径形成帷幕灌浆盖板；坝基帷幕灌浆体采用自上而下分段灌浆，并在每段的上部设置灌浆塞；坝体碎石注浆墙采用分层成墙工艺，每层先上拔模板、再填夯碎石、碎石填满整个槽段后通过预留的注浆管灌注水泥浆。本发明涉及的上下连体垂直组合防渗结构处理病险水库的土石混合坝，防渗止水效果好，坝体稳定性好，不均匀沉降小，施工速度快，具有较好的技术经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种上下连体垂直组合防渗结构的施工方法，属于水利水电工程领域，适用于坝高低于30m的小型土石混合坝的防渗加固除险中的垂直防渗工程。
背景技术
我国已建水库九成以上的坝体采用的是土石坝，随着土石坝服役年限的增长，特别是大量建于上世纪50～70年代的土石坝，因受当时技术经济等条件限制，工程建设先天不足，加之后期维护管理不到位，工程老化失修严重，病险问题日益突出，直接威胁到人民群众生命、财产等安全。这其中，渗流破坏问题所占的比例高达30～40％。
当前对病险土石坝防渗处理普遍采用垂直防渗措施，如混凝土防渗墙、高喷防渗墙、帷幕灌浆等，混凝土防渗墙止水效果好，但造价较高，成槽过程普遍采用的泥浆护壁工艺不适合土石混合坝；高喷防渗墙达到同样的防渗效果需消耗大量浆液，并且整体刚度有限；帷幕灌浆处理范围较大，但质量较难控制，特别在无盖板条件下进行的帷幕灌浆，灌浆压力受到限制，浆液难以在坝基内横向发展或填充密实。此外，此类土石坝往往经历数十年的运营，坝体严重下沉，需对坝体进行加高，该增加的坝体荷载对于坝体的稳定性和不均匀沉降有较大的影响。
综上所述，虽然现有防渗体系在适宜的工程条件下能取得较好的使用效果，但仍存在需要改进之处。鉴于此，根据目前工程实际的需要，亟需发明一种防渗效果好，结合混凝土防渗墙和帷幕灌浆墙的优点，施工速度快，环境污染小的病险土石混合坝的防渗结构体系。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构及施工方法，该防渗结构具有防渗效果好，施工速度快的特点。
这种土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构，所述垂直防渗组合结构包括中游墙幕上下连体防渗体、上游膜袋碎石注浆防渗体、下游碎石排水体以及坝顶灰土层；中游墙幕上下连体防渗体包括坝体碎石注浆墙、浆液渗扩区、帷幕灌浆盖板和坝基帷幕灌浆体；坝体碎石注浆墙采用成槽机械开槽，分层填夯碎石并灌注水泥浆而形成；槽底采用搅拌水泥土石扩径形成帷幕灌浆盖板；坝基帷幕灌浆体采用自上而下分段灌浆形成，并在每段的上部设有灌浆塞；上游膜袋碎石注浆防渗体包括不透水土工膜袋和其内碎石注浆体；下游碎石排水体包括透水土工膜袋和碎石排水体，其下部伸入坝体下游排水体中；坝顶灰土层是在原坝顶填筑的一层水泥土石混合料，其上设有坝体加高部。
一种权土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、整治施工现场：根据设计图纸，处理施工场地，测量放样；
步骤二、导墙施工：结构形式应根据土石混合坝填筑压实条件和施工荷载等情况确定，应满足强度及稳定性的要求；
步骤三、成槽及护壁模板插入：单元槽段开挖采用液压抓斗式成槽机具，对于比较坚硬的土石混合坝区域宜采用抓铣结合或钻抓结合的方法成槽，并同步插入模板进行护壁；
步骤四、槽底水泥搅拌土石扩大盖板：将搅拌机械的可伸展式搅拌钻头下放至槽底，边搅拌，边伸展钻头，边注浆，形成水泥土石搅拌扩大圆柱体，并沿墙段长度方向间隔施工搅拌体，最后形成相互搭接的搅拌墙体。
步骤五、坝基帷幕灌浆：通过钻机钻孔并下放帷幕灌浆管，采用自上而下分段灌浆法，并在灌浆孔以上0.5m处设置灌浆塞。
步骤六、拔模、填夯碎石、注浆形成碎石注浆墙和水泥浆渗扩区：分层上拔护壁模板，填充碎石并夯实，通过预留注浆管灌注水泥浆；
步骤七、上游膜袋碎石注浆防渗体施工：采用步骤二、三相同的方法进行成槽，下放不透水土工膜袋注浆管，分层拔模和填夯碎石，最后灌注水泥浆；
步骤八、下游碎石排水体施工：采用步骤二、三相同的方法进行成槽，下放透水土工膜袋，分层填夯碎石；
步骤九、坝体灰土层填筑：在坝顶填筑一层灰土层，作为加高坝体荷载的持力层。
作为优选:所述步骤三中，所述护壁模板单元是由面板、加劲型钢梁、侧面板等组成，通过侧面板上的限位槽连接固定，并沿内侧均匀布置注浆管的限位圆环；最下层护壁模板单元的下端设置有向外30°的刃脚，限位槽底部设置刃托，上下模板单元之间榫卯结构连接。
作为优选:所述步骤四中，所述槽底扩槽的范围，深度为1.0～1.5倍标准槽宽，扩槽后的槽宽为5.0～10.0倍标准槽宽。
作为优选:所述步骤五中，坝基帷幕灌浆体，其灌浆孔是单排布置，位于搅拌体中心，采用间隔、逐上而下灌浆施工。
作为优选:所述步骤六中，所述坝体碎石注浆墙采用分层成墙工艺，每层先上拔模板、再填夯碎石、碎石填满整个槽段后通过预留的注浆管灌注水泥浆。
作为优选:所述步骤七中，上游膜袋碎石注浆防渗体是在成槽后置入不透水土工膜袋，其内分层填夯碎石并注浆而形成的。
作为优选:所述步骤八中，下游碎石排水体是在成槽后置入透水土工膜袋，其内分层填夯碎石而形成的，并且其下端置于坝体下游排水体中。
作为优选:所述步骤九中，坝顶灰土层是在原坝顶填筑一层水泥土石混合料，其上继续进行坝体加高施工。
本发明的有益效果是：
(1)本工法对土石混合坝的垂直防渗处理采用坝基灌浆帷幕和坝体碎石注浆墙组合结构，从而形成上下连体垂直组合防渗体系。
(2)坝体碎石注浆墙下端采用大直径搅拌机械，边搅拌下端土石，边注射水泥浆，形成坝基帷幕灌浆盖板，结合灌浆塞，灌浆压力更易保证，同时保证水泥浆不会渗入相对松散的坝体土石中。
(3)成槽工艺采用干成槽方法，在成槽过程中同步压入护壁模板，确保槽壁稳定；在填石注浆过程中，采取分段“提升模板→填筑碎石”的方法，确保墙体质量的同时可以消除因成槽应力释放使周边土石松动的不利影响；碎石填筑完毕后，通过预留在碎石中的注浆管由下往上注射水泥浆。
(4)护壁模板采用现场组装、整体压入、分块拔出的施工工艺，上下段面板之间通过榫卯结构连接，连接、拆卸方便，连接质量可靠。
(5)坝体上游根据需要设置膜袋碎石注浆体，坝体下游设置垂直排水体，做到“前堵、中截、后排”的防渗效果。
(6)坝体顶部设置灰土层，克服坝体刚度不均匀的缺陷，保证坝体在加高荷载作用的稳定性和不均匀沉降变形。
附图说明
图1是本发明上下连体垂直组合防渗结构的横截面图；
图2是本发明护壁模板单元的平面图；
图3是本发明护壁模板单元的立面图(A-A剖面)；
图4是本发明限位槽节点详图；
图5是本发明护壁模板上下连接构造图；
图6是上下连体垂直防渗结构的施工流程图。
附图标记说明：1-碎石注浆墙，2-水泥浆渗扩区，3-水泥搅拌土石扩大盖板，4-帷幕灌浆体，5-帷幕灌浆管，6-连接筋，7-导墙，8-不透水土工膜袋，9-碎石注浆体，10-碎石排水体，11-透水土工膜袋，12-灰土层，13-护壁模板，131-面板，1311-上层面板，1312-下层面板，1313-螺栓连接结构，1314-下层面板榫卯结构，1315-上层面板榫卯结构，132-侧面板，133-水平加劲型钢梁，134-注浆管限位圆环，135-限位槽，136-外侧限位板，137-内侧限位板，14-坝体，15-坝基，16-基岩面，17-坝体加高部，18-成槽，19-压实碎石体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
图1是本发明上下连体垂直组合防渗结构的横截面图，图2是本发明护壁模板单元的平面图，图3是本发明护壁模板单元的立面图(A-A剖面)，图4是本发明限位槽节点详图，图5是本发明护壁模板上下连接构造图，图6是上下连体垂直防渗结构的施工流程图，参照图1～6所示，土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构主要由中游墙幕上下连体防渗体、上游膜袋碎石注浆防渗体、下游碎石排水体以及坝顶灰土层等部分组成。
病险水库的土石混合坝14高20m，下部坝基灌浆帷幕4处理深度30m，碎石注浆墙1厚度600mm，搅拌水泥土石扩大盖板3厚度3000mm、高度1000mm。开槽前导墙6采用强度等级为C30的钢筋混凝土浇筑而成，结构型式为“L”型，宽度600mm、高度1000mm，厚度200mm。成槽过程同步插入的护壁模板单元13由钢面板131、侧面板132、水平加劲型钢梁133通过限位槽135组装形成，高度3.0m；面板131和侧面板132的材料为Q235级钢，厚度6mm；水平加劲型钢梁133由厚度6mm的矩形型钢制作，竖向间距1.5m；护壁模板单元13之间的竖向连接通过榫卯结构1314和1315连接，并通过水平螺栓结构1313紧固。上游膜袋碎石注浆墙8采用相同的工艺成槽，厚度600mm，成槽后置入不透水土工膜袋9，在其内填夯碎石并注浆。下游碎石排水体10采用相同工艺成槽，厚度600mm，成槽后置入透水土工膜袋11，在其内填夯碎石，其下端深入坝体排水体1000mm。原坝顶填筑灰土层12，厚度1500mm，压实系数0.96，其上进行坝体加高17施工。
上述土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构的主要施工过程如下：
步骤一、整治施工现场：根据设计图纸，处理施工场地，测量放样；
步骤二、导墙7施工：结构形式应根据土石混合坝填筑压实条件和施工荷载等情况确定，应满足强度及稳定性的要求；
步骤三、成槽18及护壁模板13插入：单元槽段开挖采用液压抓斗式成槽机具，对于比较坚硬的土石混合坝区域宜采用抓铣结合或钻抓结合的方法成槽，并同步插入模板进行护壁；
步骤四、槽底扩槽搅拌注浆3：将搅拌机械的可伸展式搅拌钻头下放至槽底，边搅拌，边伸展钻头，边注浆，形成水泥土石搅拌扩大圆柱体，并沿墙段长度方向间隔施工搅拌体，最后形成相互搭接的搅拌墙体。
步骤五、坝基帷幕灌浆4：采用自上而下分段灌浆法，并在灌浆孔以上0.5m处设置灌浆塞；
步骤六、拔模、填夯碎石、注浆：分层上拔护壁模板13，填充碎石并夯实，通过预留注浆管灌注水泥浆；
步骤七、上游膜袋碎石注浆防渗体8施工：采用步骤二、三相同的方法进行成槽，下放不透水土工膜袋和注浆管，分层拔模和填夯碎石，最后灌注水泥浆；
步骤八、下游碎石排水体10施工：采用步骤二、三相同的方法进行成槽，下放透水土工膜袋，分层填夯碎石；
步骤九、坝体灰土层12填筑：在坝顶填筑一层灰土层，作为加高坝体荷载的持力层。
Claims (9)
1.一种土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构，其特征在于：所述垂直防渗组合结构包括中游墙幕上下连体防渗体、上游膜袋碎石注浆防渗体、下游碎石排水体以及坝顶灰土层(12)；中游墙幕上下连体防渗体包括坝体碎石注浆墙(1)、浆液渗扩区(2)、帷幕灌浆盖板(3)和坝基帷幕灌浆体(4)；坝体碎石注浆墙(1)采用成槽机械开槽，分层填夯碎石并灌注水泥浆而形成；槽底采用搅拌水泥土石扩径形成帷幕灌浆盖板(3)；坝基帷幕灌浆体(4)采用自上而下分段灌浆形成，并在每段的上部设有灌浆塞；上游膜袋碎石注浆防渗体包括不透水土工膜袋(9)和其内碎石注浆体(8)；下游碎石排水体包括透水土工膜袋(11)和碎石排水体(10)，其下部伸入坝体下游排水体中；坝顶灰土层(12)是在原坝顶填筑的一层水泥土石混合料，其上设有坝体加高部。
2.一种权利要求1所述土石混合坝上下连体垂直组合防渗结构的施工方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤一、整治施工现场：根据设计图纸，处理施工场地，测量放样；
步骤二、导墙(7)施工：结构形式应根据土石混合坝填筑压实条件和施工荷载等情况确定，应满足强度及稳定性的要求；
步骤三、成槽(18)及护壁模板(13)插入：单元槽段开挖采用液压抓斗式成槽机具，对于比较坚硬的土石混合坝区域宜采用抓铣结合或钻抓结合的方法成槽，并同步插入模板进行护壁；
步骤四、槽底水泥搅拌土石扩大盖板(3)：将搅拌机械的可伸展式搅拌钻头下放至槽底，边搅拌，边伸展钻头，边注浆，形成水泥土石搅拌扩大圆柱体，并沿墙段长度方向间隔施工搅拌体，最后形成相互搭接的搅拌墙体。
步骤五、坝基帷幕灌浆(4)：通过钻机钻孔并下放帷幕灌浆管(5)，采用自上而下分段灌浆法，并在灌浆孔以上0.5m处设置灌浆塞。
步骤六、拔模、填夯碎石、注浆形成碎石注浆墙1和水泥浆渗扩区2：分层上拔护壁模板(13)，填充碎石并夯实，通过预留注浆管灌注水泥浆；
步骤七、上游膜袋碎石注浆防渗体施工：采用步骤二、三相同的方法进行成槽，下放不透水土工膜袋(8)注浆管，分层拔模和填夯碎石，最后灌注水泥浆；
步骤八、下游碎石排水体(10)施工：采用步骤二、三相同的方法进行成槽，下放透水土工膜袋(11)，分层填夯碎石；
步骤九、坝体灰土层(12)填筑：在坝顶填筑一层灰土层，作为加高坝体荷载的持力层。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤三中，所述护壁模板单元(13)是由面板(131)、加劲型钢梁(133)、侧面板(132)等组成，通过侧面板上的限位槽(135)连接固定，并沿内侧均匀布置注浆管的限位圆环(134)；最下层护壁模板单元的下端设置有向外30°的刃脚，限位槽底部设置刃托，上下模板单元之间榫卯结构连接。
4.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，所述槽底扩槽的范围，深度为1.0～1.5倍标准槽宽，扩槽后的槽宽为5.0～10.0倍标准槽宽。
5.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤五中，坝基帷幕灌浆体(4)，其灌浆孔是单排布置，位于搅拌体中心，采用间隔、逐上而下灌浆施工。
6.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤六中，所述坝体碎石注浆墙(1)采用分层成墙工艺，每层先上拔模板、再填夯碎石、碎石填满整个槽段后通过预留的注浆管灌注水泥浆。
7.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤七中，上游膜袋碎石注浆防渗体是在成槽后置入不透水土工膜袋(9)，其内分层填夯碎石并注浆而形成的。
8.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤八中，下游碎石排水体(10)是在成槽后置入透水土工膜袋(11)，其内分层填夯碎石而形成的，并且其下端置于坝体下游排水体中。
9.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤九中，坝顶灰土层(12)是在原坝顶填筑一层水泥土石混合料，其上继续进行坝体加高施工。
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