CN105464056A - 一种适应土石坝沉降的防渗结构 - Google Patents

一种适应土石坝沉降的防渗结构 Download PDF

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Abstract

一种适应土石坝沉降的防渗结构，技术要点是：在坝基下设置有混凝土防渗墙，在堆石坝内部设置有沥青混凝土心墙；在混凝土防渗墙与沥青混凝土心墙之间设置有一拱型防渗墙连接段，其中混凝土防渗墙顶部嵌入在拱型防渗墙连接段的拱型入口内，而沥青混凝土心墙底部设置在拱型防渗墙连接段的拱型顶端；在沥青混凝土心墙的两侧充填有砂砾石过渡料；在拱型防渗墙连接段内侧还充填有柔性防渗体材料。采用拱型防渗墙联接段容许基础防渗墙在土石坝填筑过程中穿入联接段，在土石坝及基础主要沉降基本完成后，填入柔性防渗材料，同时，本结构也可以实现在施工过程及后期随时进入联接段内进行观测、检查。

Description

一种适应土石坝沉降的防渗结构
技术领域
本发明涉及一种水库枢纽工程土石坝心墙与基础防渗连接技术领域，具体说是一种适应土石坝沉降的防渗结构。
背景技术
众所周知，为综合利用水资源而兴建水库，是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。水库建成后，可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等作用，从而给水库周围的工农业生产及人民生活与健康带来积极影响，其中水库的坝体防渗问题是保障其作用重要的方面。它主要包括坝体防渗、基础防渗及两个防渗体的联接三个主要方面。
在防渗问题中，坝体防渗和基础防渗的联接是主要因素。尤其在深厚覆盖层中修建的刚性防渗墙，在土石坝填筑过程中不随基础变形，形成超出坝体与原地面接触面的变形差，对其上修建的防渗结构造成破坏，至水库防渗失效，造成不可挽回的生命及财产损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应土石坝沉降的防渗结构。该防渗结构在土石坝心墙与基础防渗连接部位使用柔性防渗材料联接刚性的混凝土防渗墙和柔性的沥青混凝土心墙，在坝体与坝基发生沉降时，通过混凝土防渗墙挤压柔性防渗材料，达到防渗墙适应与坝体、坝基沉降变形，保持结构的安全可靠。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：
一种适应土石坝沉降的防渗结构，它包括有坝基，混凝土防渗墙，堆石坝，所述堆石坝包括有沥青混凝土心墙，上游干砌块石护坡，堆石坝料及下游干砌块石护坡，其特征在于：在坝基下设置有混凝土防渗墙，在堆石坝内部设置有沥青混凝土心墙；在混凝土防渗墙与沥青混凝土心墙之间设置有一拱型防渗墙连接段，其中混凝土防渗墙顶部嵌入在拱型防渗墙连接段的拱型入口内，而沥青混凝土心墙底部设置在拱型防渗墙连接段的拱型顶端；在沥青混凝土心墙的两侧充填有砂砾石过渡料；在拱型防渗墙连接段内侧还充填有柔性防渗体材料。
本发明还包括，在拱型防渗墙连接段拱型入口的两侧分别设置有一限位凸台。
①在坝体中部偏上游侧设置防渗心墙，上部与钢筋混凝土防浪墙相接，下部穿插式防渗墙联接段与混凝土防渗墙相连；
②沥青混凝土心墙与拱型防渗墙连接段之间接触面上设沥青玛蹄脂层；
③拱型防渗墙联接段采用钢筋混凝土结构，拱型防渗墙联接段的内部填充柔性防渗材料；
④当坝体与坝基发生沉降时，通过混凝土防渗墙上部的挤压柔性防渗材料，达到防渗墙与坝体、坝基同步沉降变形，以保持结构的安全可靠。
⑤在施工过程及后期随时通过拱型防渗墙连接段上所连接的交通廊道进入拱型防渗墙连接段内进行观测、检查；
⑥或者，在土石坝填筑过程中直接在防渗墙顶部及周围填筑柔性防渗材料，然后再进行拱型防渗墙联接段施工，以柔性防渗材料来适应防渗墙的穿插变形，满足防渗墙及联接段的防渗功能。
本发明所采用的连接段采用钢筋混凝土结构，这样的结构安全可靠、便于施工。
本发明所采用的连接段内部填充柔性防渗材料，这种材料适应变形，能在沉降发生后迅速补充变形部位，达到防止坝体渗漏，保证坝体安全。
本发明所采用的连接段内部填充柔性防渗材料，这种材料可以采用黏土、膨润土等具有粘性的柔性材料。
本发明在施工过程及后期随时进入联接段内进行观测、检查；
本发明具有如下优点：
1、本发明在施工过程及后期随时进入联接段内进行观测、检查；
2、当坝体与坝基发生沉降时，通过混凝土防渗墙挤压柔性防渗材料，达到防渗墙与坝体、坝基同步沉降变形，以保持结构的安全可靠。
3、土石坝运行期间发生心墙防渗墙联接部位渗漏问题，可能通过进入联接段内观测、检查、维修。
附图说明
图1是本发明的水库枢纽主坝典型断面结构示意简图；
图2是图1中的A向放大第一状态结构示意简图；
图3是图1的A向放大第二状态结构示意简图；
图4是本发明的某水库枢纽总布置图；
图5是本发明的某水库枢纽大坝下游立视图。
附图中主要件号说明：1为水库标志；2为沥青混凝土心墙堆石坝；3为混凝土坝段；4为进水渠；5为泄水渠；6为水电站；7为升压站；8为帷幕灌浆底线；9为混凝土防渗墙底线；10为1000mm厚上游干砌块石护坡；11为300mm厚下游干砌块石护坡；12为沥青混凝土心墙；13为砂砾石过渡料；14为堆石坝壳；15为堆石坝料；16为1000mm厚混凝土防渗墙；17为坝基；18为柔性防渗体材料；19为拱型防渗墙连接段；20为沥青玛蹄脂层；21为限位凸台。
具体实施方式
实例1（以目前拟建的某大（2）型水库枢纽工程为例）
由图1-5所示，图中的17为坝基，16为1000mm厚的混凝土防渗墙，堆石坝，所述堆石坝包括有沥青混凝土心墙12，1000mm厚上游干砌块石护坡10，堆石坝壳14，堆石坝料15及300mm厚下游干砌块石护坡11，在坝基17下设置有混凝土防渗墙12，在堆石坝内部设置有沥青混凝土心墙12；在混凝土防渗墙16与沥青混凝土心墙12之间设置有一拱型防渗墙连接段19，其中混凝土防渗墙16顶部嵌入在拱型防渗墙连接段19的拱型入口内，而沥青混凝土心墙12底部设置在拱型防渗墙连接段19的拱型顶端，而在沥青混凝土心墙12与拱型防渗墙连接段19之间的接触面上还设有沥青玛蹄脂层20；在沥青混凝土心墙12的两侧充填有砂砾石过渡料13；在拱型防渗墙连接段19内侧还充填有柔性防渗体材料18，而在拱型防渗墙连接段19拱型入口的两侧分别设置有一限制柔性防渗体材料18流动速度的限位凸台21。
一、工程概况
某大（2）型水库枢纽工程，总库容3.22×108m3。是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉和发电为建设任务的综合利用枢纽工程，枢纽建筑物主要包括堆石坝、混凝土挡水坝段、底孔及溢流坝段、引水坝段、电站厂房等。
1、地形地貌
坝址区河谷呈不对称的“U”型，左岸为中山地貌，高程为696.5~750.5m；右岸为熔岩台地，地表平坦，边缘为陡崖，高程为682~700m。河床高程635m，宽约530~550m，河流近东西向。一级阶地位于河床左侧，高出河床约10~23m，高程为647~661m，宽约750~780m，阶地普遍有风积砂覆盖，呈新“月”型风积地貌。
2、地层岩性及地质构造
坝址区出露的地层岩性较复杂，两坝肩山体基岩裸露，左岸岩性为早元古代东沟组花岗片麻岩（Dgn），右岸出露岩性为第三系汉诺坝组玄武岩（N1h）。河床、河漫滩及一级阶地为第四系冲洪积及风积物。最大覆盖层厚度为113.2m，位于河谷中间部位。钻孔揭露第四系地层岩性至上而下为：粉细砂、中砂夹圆砾、圆砾、卵石、漂石和冰积卵石层。
坝址区大面积出露第四系覆盖层，厚度大，两岸基岩出露范围相对较小。两侧山体多被风积砂及次生黄土覆盖，根据测绘成果及钻孔资料，坝址区未见断层。左岸岩性为花岗片麻岩，节理裂隙发育，优势节理可分为两组，一组产状85°NW∠80°，另一组产状240°NE∠58°，近似正交的“X”型节理。右岸第三系玄武岩高角度节理、裂隙发育，主要有倾角70~80°和大于85°两组高角度节理、裂隙，可见致密状玄武岩及气孔状玄武岩，为多期喷发形成，原生节理发育，总体产状近水平，走向近东西向，倾角为∠1o~8o。每次旋回的顶部及底部均为气孔状玄武岩，局部层间夹有黏土。
c)工程总体布置
枢纽工程总体布置采用混合坝，即在主河床部位布置挡水土石坝，在右岸山体内设置具有泄洪和引水功能的混凝土坝段。大坝总长1508.51m，其中堆石坝长1414.81m，混凝土坝长为93.7m。枢纽建筑物主要包括：堆石挡水坝、混凝土挡水坝段、混凝土底孔及溢流坝段、混凝土引水坝段和混凝土连接墙等。
沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶宽度9.0m，最大坝高45.83m。坝顶上游设置钢筋混凝土防浪墙，上游坝坡坡比为1:1.6；下游坝坡坡比为1:1.7。
沥青混凝土心墙12设置在坝体中部偏上游侧，心墙顶高程为676.50m，心墙655m高程以上宽度为0.50m，以下心墙宽度为0.70m，上与钢筋混凝土防浪墙相接，下与基础混凝土防渗墙相连，最大高度为42.60m。心墙两侧铺设2.0m厚的砂砾石过渡层。
主坝坝基采用混凝土防渗墙16全断面截渗措施，防渗墙厚度为1.0m，顶高程为大坝建基面，并与坝体沥青混凝土12心墙相接，底部进入基岩内1.0m。防渗墙最大深度为105m，总面积为104570m2。
二、工程问题
根据本工程的河床砂砾石覆盖层深厚（最厚达113m，平均厚约80m），防渗墙最大深度达105m，工程竣工后，坝体与坝基沉降与位移均较大。
根据计算：竣工期，坝体以心墙和防渗墙为中心线分别向上、下游变形，水平向上、下游位移最大值分别为0.33m和0.28m；坝体竖向沉降以心墙和防渗墙为中心线基本上对称分布，最大值为0.90m。
满蓄期，坝体向上游变形区域和数值减小，最大值为0.17m；向下游变形区域和数值增大，最大值为0.59m；坝体沉降最大为0.88m，较竣工期有所减小。
坝体位移分布与同类工程相似，合乎堆石坝体的变形规律。最大沉降发生在坝壳与覆盖层交界处，表明地基模量对大坝变形影响较大。
但作为坝基防渗的全断面截渗混凝土防渗墙16，座落在基础岩石上，且为刚性材料，其沉降和位移均非常小，几乎可以忽略，这样就造成了混凝土防渗墙16与坝体、坝基沉降量不一致，两者相对位移的问题，严重威胁坝体安全，存在重大的工程安全隐患。
三、处理方案
在坝体中部偏上游侧设置沥青混凝土心墙12，心墙上部宽度为0.50m，下部宽度0.70m，上部与钢筋混凝土防浪墙相接，下部通过拱型防渗墙联接段19与混凝土防渗墙16联接，拱型防渗墙联接段19为钢筋混凝土结构，内部填充柔性防渗材料18。
这样，可以容许基础防渗墙在土石坝填筑过程中穿入联接段，在土石坝及基础主要沉降基本完成后，再填入柔性防渗材料，这个过程中，本发明的结构可以实现随时进入联接段内进行观测、检查，亦可以实现后期防渗破坏的检查、观测及修复工作；水库运行期间，当坝体与坝基发生沉降时，通过混凝土防渗墙16挤压柔性防渗材料18，达到防渗墙与坝体、坝基同步沉降变形的目的（从如图2至图3中所示的变化）。
或者，在土石坝填筑过程中直接在防渗墙顶部及周围填筑柔性防渗材料16，然后再进行拱型防渗墙连接段19施工，以柔性防渗材料来适应防渗墙的穿插变形，满足防渗墙及拱型防渗墙连接段19的防渗功能。
另外，由图4、图5所示，图中的1为水库标志；2为沥青混凝土心墙堆石坝；3为混凝土坝段；4为进水渠；5为泄水渠；6为水电站；7为升压站；8为帷幕灌浆底线；9为混凝土防渗墙底线。

Claims (4)

1.一种适应土石坝沉降的防渗结构，它包括有坝基，混凝土防渗墙，堆石坝，所述堆石坝包括有沥青混凝土心墙，上游干砌块石护坡，堆石坝料及下游干砌块石护坡，其特征在于：在坝基下设置有混凝土防渗墙，在堆石坝内部设置有沥青混凝土心墙；在混凝土防渗墙与沥青混凝土心墙之间设置有一拱型防渗墙连接段，其中混凝土防渗墙顶部嵌入在拱型防渗墙连接段的拱型入口内，而沥青混凝土心墙底部设置在拱型防渗墙连接段的拱型顶端；在沥青混凝土心墙的两侧充填有砂砾石过渡料；在拱型防渗墙连接段内侧还充填有柔性防渗体材料。
2.根据权利要求1所述的防渗结构，其特征在于：在拱型防渗墙连接段拱型入口的两侧分别设置有一限位凸台。
3.根据权利要求1所述的防渗结构，其特征在于：所述沥青混凝土心墙与拱型防渗墙连接段之间的接触面上还设有沥青玛蹄脂层。
4.根据权利要求1所述的防渗结构，其特征在于：拱型防渗墙连接段上还连接有一交通廊道。
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