CN1065940C - 用于水利水电工程上的防渗止水结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，在周边缝表面设有嵌缝塑性止水材料，在周边缝中部设有圆柱形橡胶棒，在周边缝底部设有止水铜片和垫层料，该防渗止水结构，结构上具有协同止水作用，设计合理，施工简单，适用于接缝变形大，承受水压高的面板坝，特别适用于高面板坝上。

Description

用于水利水电工程上的防渗止水结构

本发明公开了一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，适用于水利水电工程，特别适用于混凝土面板堆石坝工程，尤其是高面板堆石坝工程。

七十年代以来，钢筋混凝土面板堆石坝技术在世界各国得到了迅速发展，据统计，目前已建和在建的100米以上的面板坝有35座，其中墨西哥的阿瓜密尔坝(Aguamilpa)坝高187米，是世界上已建的最高面板坝。我国正在兴建的天生桥一级面板堆石坝，最大坝高182米，并计划建232米高的水布垭超高面板坝。

混凝土面板堆石坝，在水压力和自重的作用下，堆石坝体变形较大，混凝土周边缝有较大的张开、剪切、沉降三向变形。多年来的实践证明，周边缝是现代面板坝的主要漏水源，其防渗止水结构的重要性越来越被显示出来，尤其是高坝和超高坝，确保其周边缝防渗止水结构的可靠，是面板坝的关键问题之一。

面板坝周边缝防渗止水结构已经经历了近三十年的研究和实践，不断向＂性能可靠、施工方便、造价经济＂方向改进，本发明所述结构即是不断研究实践的结果。

七十年代，面板坝周边缝防渗止水结构如图1所示，结构较为简单，一般只在坝体缝隙中部设塑料止水片，图中垫层是1、橡胶(塑料)止水片是2、浸沥青木板是3、混凝土面板是4。这种止水结构在周边缝变形较大时止水片极易撕裂造成渗漏。

进入八十年代，随着筑坝技术的发展，人们从计算结果和工程实际的观测中，对周边缝的实际变形有了较为全面和定量的认识，也充分认识到周边缝止水结构的重要性。巴西在阿里亚(Areia)坝，对周边缝首次采用了三道防渗止水结构，我国建成的大部分面板坝周边缝采用的也是这种类型的防渗止水结构。如图2所示，它是在早期的止水结构基础上，再在接缝表面增设嵌缝材料5和覆盖回填土6用以辅助防渗，在周边缝底部增设一道止水铜片7，形成表、中、底三道止水结构形式。这种防渗体系止水结构存在以下问题：

1周边缝防渗止水结构中所用的嵌缝材料，与缝面混凝土不易粘接，易造成混凝土面与嵌缝材料的接触面被水击穿而漏水；嵌缝止水材料止水作用，需依赖保护盖片的密封性，保护盖片将水库水压力传递到嵌缝止水材料上，产生挤牙膏式的填充止水作用，然而，由于施工时，难以做到保护盖片完全密封，因此，局部易出现渗漏，特别是热施工型嵌缝材料，施工时局部易存有缺陷，更易出现渗漏；

2接缝中部的橡胶(塑料)止水片(带)，严重影响接缝处混凝土施工质量，混凝土振捣机无法振捣紧贴止水片下部的混凝土，易造成止水片周围混凝土面蜂窝；出现橡胶(塑料)止水片(带)与混凝土结合欠牢固，当接缝张开过大和水压较高时，橡胶(塑料)止水片因受拉体积变形，使橡胶(塑料)止水片与混凝土接触部位脱开，产生漏水；

3缝面顶部铺盖的粘土固结后不易流动，当出现缝面渗漏时，水流不易将粘土带入缝内堵住渗漏通道；

4接缝底部的止水铜片，在剪切变形、转角联接、丁字接口等应力集中变形段，容易破损而导致漏水；

5在已有的面板坝周边缝防渗止水结构中，表、中、底三道止水结构之间，不能有效地形成协同止水作用，在接缝变形和承受高水压时易被各个击破，产生漏水通道。

本发明的目的是提供一种用于水利水电工程上的新型防渗止水结构，以提高混凝土面板堆石坝周边缝的变形适应性和整体防渗性能，具有止水可靠，设计合理，施工简单的特点。

本发明的目的是这样实现的：一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，在周边缝表面设有嵌缝材料，嵌缝材料是嵌缝塑性止水材料；在嵌缝材料的表面贴有保护膜，保护膜是嵌缝塑性止水材料混凝土防渗保护盖片；在周边缝中部设有圆柱形橡胶棒；圆柱形橡胶棒是实心棒或厚壁空心棒或由小直径的橡胶棒复合成的橡胶棒；可在周边缝底部设有一道止水铜片；在铜片和垫层料之间布设一层高强半渗漏土工布垫片。

本发明的优点是：

1由于本发明所述止水结构中的嵌缝止水材料，选用了塑性止水材料，具有独特的耐老化性、高塑性、耐温性、延伸性、抗渗性，冷操作施工，与混凝土基面粘接牢固。其主要特性见下表，它能够满足我国面板坝工程对嵌缝止水材料性能、质量的要求，混凝土面与塑性止水材料的接触面不易被水击穿；止水防渗效果好，经面板坝工业性实验验证，初次蓄水坝后渗水量为10～70升／秒，稳定渗水量为0．1～10升／秒，普遍较国外同类工程低。本发明所述止水结构中的嵌缝材料产品型号             2              3                        4

主要特性        耐热    80度    耐热    80度        耐热       80度

                耐寒   -40度    耐寒    -50度       耐寒      -50度

              延伸率   ＞800％  延伸率   ＞1000％   抗挤穿性  ＞10毫米缝隙

适用工程          普通面          严寒地区、     超高面板坝工程

                 板坝工程       高面板坝工程

2由于本发明所述防渗止水结构中所用的塑性止水材料是由配套的塑性止水材料底胶粘贴到面板坝接缝的混凝土面上的，配套底胶的主要组份与塑性止水材料相同，因此，两者完全亲合，同时，它又能渗透到混凝土的毛细孔中，使塑性止水材料能扎根在混凝土上。配套底胶与混凝土的粘接强度为0．8兆帕，塑性止水材料母材强度小于0．2兆帕，从而保证了在工程运行的环境条件下，塑性止水材料与混凝土的粘接强度大于母材强度，在接缝变形时，高压水不会击穿塑性止水材料与混凝土的粘接面。

3本发明所述的防渗止水结构，选用橡胶棒替代已有技术接缝中部的橡胶(塑料)止水片(带)，这种结构不会影响接缝处混凝土施工质量，混凝土振捣机能方便地振捣缝隙两边的混凝土，混凝土面不会出现蜂窝；在接缝变形和水压较高时，橡胶棒在混凝土内一同变形，呈越挤越紧的状态，圆柱形的橡胶棒不易断裂，能成为在水压作用下挤入缝隙内的塑性止水嵌缝材料的可靠支承体；橡胶棒起的重要作用是阻止塑性止水材料流失。

4本发明所述的防渗止水结构，缝表面的嵌缝塑性止水材料在水压力的作用下，挤入缝内起封缝止水作用；缝中部的橡胶棒，随着接缝沉降变形和塑性止水材料的挤入，嵌入楔形体呈越压越紧的趋势，一方面能与嵌缝塑性止水材料联合起止水作用，另一方面也能作为嵌缝塑性止水材料在缝内的支承体；缝底部的止水铜片在剪切变形不太大的情况下也有较好的止水效果；接缝下面的砂浆垫层和小区垫层料是塑性止水材料可靠的支承体，即使在接缝内部其它止水材料局部失效的情况下，足量的嵌缝塑性止水材料与垫层料仍能保持接缝封闭止水状态；整体防渗止水结构能有效地形成协同止水作用，在接缝变形和承受高水压时，难以形成漏水通道。

5本发明所述的防渗止水结构，施工简便，易于维护，所用塑性止水材料施工为常温冷操作施工，不干扰面板坝堆石料和混凝土的正常施工工序和质量，易于保证施工质量，且施工质量和效果在面板坝工程施工期和运行期，都容易检查、维护。

6本发明所述的防渗止水结构，造价低，工艺简单、工程干扰少、施工速度快，在中低面板坝采用本发明所述防渗止水结构，直接减少了施工工序，节省了材料费用，从而降低了面板坝工程止水结构施工的综合造价。

图1是早期面板坝周边缝止水结构示意图；

图2是传统面板坝周边缝止水结构示意图；

图3是在坝高大200米的面板坝周边缝上采用本发明所述止水结构示意图；

图4是在坝高大于200米的面板坝周边缝上采用本发明所述止水结构另一示意图；

图5是在坝高大于200米的面板坝周边缝上采用本发明所述止水结构再一示意图；

图6是在坝高为100米～200米的面板坝周边缝上采用本发明所述止水结构示意图；

图7是在坝高小100米的面板坝周边缝上采用本发明所述止水结构示意图；

图8是本发明所述止水结构在高面板坝周边缝变形后的示意图；

下面通过附图结合实施例对本发明所述内容做进一步的详细说明：

实施例1：

一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，运用在坝高大于200米的高面板坝上，如图3、4、5所示，由于高面板坝的混凝土面板4较厚(1米左右)，承受的水压较高，预期接缝变形较大。因此，其周边缝宜采用塑性止水材料5与橡胶棒8----＂F＂型止水铜片7----垫层料1(如：沥青砂浆)组成的三层防渗体系为主，辅助以回填覆盖粉砂土6的工程措施。

接缝中部的橡胶棒8可以根据工程施工条件选用图3所示的实心棒、图4所示的厚壁空心棒，或图5所示的由小直径的橡胶棒复合成的橡胶棒；橡胶棒8直径应与预期接缝最大变形量相适应(选用橡胶棒直径150～100毫米)；橡胶棒8材质宜用氯丁橡胶或天然橡胶。铜片7和垫层料1与其它面板坝工程相同，在铜片7和垫层料1之间布设一层高强半渗漏土工布垫片9，以缓冲堆石垫层1或砂浆垫层1对铜片7的磨损。

本发明所述的防渗止水结构施工工艺步骤是：

垫层料1(包括堆石垫层、砂浆垫层、沥青砂浆)、止水铜片7、浸沥青木板3的施工与通常的面板坝施工相同；

橡胶棒8施工应注意立模位置和临时保护措施，防止偏位：

塑性嵌缝止水材料5的施工是本发明所述防渗止水结构施工中最关键的工艺，具体施工工序是：

1准备工序：

  工具准备、材料准备、人员准备、安全准备；

2清缝：

  在需要施工的缝口处，预制或凿制出规定的15～20厘米深的＂V＂形槽，用水、钢丝刷冲刷缝槽及边缘各20厘米宽度，去除杂物，凉干或烘干；

3刷底胶：

  底胶选用塑性止水材料配套底胶；

在干净干燥的缝槽上均匀涂第一道塑性止水材料配套底胶，底胶涂刷宽度应至固定角钢处；底胶干燥后(1小时以上)，刷第二道塑性止水材料配套底胶，待底胶表干(沾手，不沾手时，约0．5小时)，即可进行塑性止水材料5的施工；对底胶过分干燥时(不沾手)，需要重新补刷底胶；底胶涂刷应均匀，既不露白(漏刷)又不过厚；

4用嵌缝塑性止水材料嵌缝：

塑性止水材料由丁基橡胶、有机硅耐老化型高分子材料为主要组分，配以其它耐水、耐老化性质稳定的增韧、改性助剂，经混炼、密炼、反应等工序生产而成，具有独特的耐老化、高塑性、耐温性、延伸性、抗渗性、冷施工及与混凝土基面的粘接性等特性，能够满足面板坝及其它水工、民用建筑接缝对嵌缝止水材料的性能要求：

将塑性止水材料5用手搓揉成细长条进行嵌缝施工，施工原则：先缝里后缝外，先两边后中央。首先，将塑性止水材料5沿缝槽铺填，用手将塑性止水材料5由缝中央向两边粘贴，粘贴宽度要达到角钢固定部位(用塑性止水材料在混凝土上找平2～3厘米)，最后在缝槽上填出规定的塑性止水材料鼓包，鼓包的截面积应为预期缝最大张开变形所需填充截面积的1．5～2．5倍，鼓包的形状为半圆形或接近半圆形的圆弧形，其半径根据不同的坝高由经验公式r= $\sqrt{2\mathrm{kLS}/\mathrm{\π}}$ 算出(式中r为塑性止水材料鼓包半径，厘米；K为塑性止水材料填充系数，取1．5～2．5，L为面板厚度，厘米；S为接缝可能发生的最大开度，厘米；π为圆周率)，用手或木榔头进行整形，按照设计图纸规定的形状，用铁皮或木板制成的鼓包形状模尺，去检测施工段鼓包的规整性，通过抽样(通常每10～20米为一施工验收段)作破坏性检测(选点由缝内挖出嵌缝塑性止水材料)，检查塑性止水材料8与混凝土基面的粘接状况，如果SR塑性止水材料与混凝土基面剥离，则为不合格；如果塑性止水材料与混凝土基面完全不剥离，则为合格；粘接不合格的施工段必须返工，合格后，才可进行表面保护工序；

5表面保护：

在经规整性和粘接性检验合格的塑性止水材料施工段表面，小心覆盖保护膜10(橡胶片、土工膜等)，角钢压条11下的混凝土面上应有3厘米厚塑性止水材料找平层，固定角钢螺栓时，应避免将塑性止水材料鼓包压扁。

保护膜10可是面板坝混凝土嵌缝塑性止水材料混凝土保护盖片，它由塑性止水材料与高强聚脂毡、镀铝聚脂薄膜复合而成的防渗止水片材，有防渗抗裂耐紫外光、抗冻及与混凝土粘贴牢固的特性。作为塑性止水材料的表面保护盖片，不仅可以保护塑性止水材料免受阳光直射、机械损伤，而且可以起到增加一道止水、增强塑性止水材料封缝止水作用的效果；由于与塑性止水材料性能等方面相亲和，效果很好；也可以选用橡胶或塑料保护膜。

本发明所述的防渗止水结构，可用于面板坝所有可能产生渗漏的混凝土接缝上，包括周边缝、垂直缝、防浪墙缝、趾板缝、混凝土裂缝等，嵌缝塑性止水材料与接缝内部的支承体橡胶棒一起，构成接缝止水结构；在面板坝接缝中，塑性嵌缝止水材料本身就是具有水压承载能力的材料，橡胶棒、止水铜片、堆石垫层(如：水泥砂浆垫层、沥青砂浆垫层)在接缝中起支撑塑性嵌缝止水材料并阻止其流失的作用。

面板坝周边缝整体模型试验表明：面板坝接缝下的垫层料是塑性止水嵌缝材料最可靠的支承体，塑性止水嵌缝材料5通过配套底胶牢固地粘接在混凝土接缝迎水面上，在水压力的作用下，塑性止水材料通过自身的塑性流动和延伸性，适应和填充变形的接缝，与接缝内部的支承体橡胶棒8、止水铜片7和垫料层1一起实现对面板坝接缝的封缝止水作用。

高面板坝实际运行过程中，在高压水和坝体自重的作用下，坝体产生变形引起周边缝呈三向变位，缝表面的塑性止水材料在水压力的作用下，挤入缝内起封缝止水作用；缝中部的橡胶棒，随着接缝沉降变形和塑性止水材料的挤入，嵌入楔形体呈越压越紧的趋势，如图8所示，一方面能与塑性止水材料联合起止水作用，另一方面也能作为塑性止水材料在缝内的支承体；在周边缝变形时，浸沥青木板起避免混凝土硬接触而可能导致碎裂的作用；缝底部的止水铜片在剪切变形不太大的情况下也有较好的止水效果；接缝下面的砂浆垫层和小区垫层料是塑性止水材料可靠的支承体，即使在接缝内部其它止水材料局部失效的情况下，足量的塑性止水材料与垫层料仍能保持接缝封闭止水状态。

实施例2：

一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，运用在坝高为100米～200米的面板坝周边缝上，如图6所示，其周边缝宜采用塑性止水材料5与----＂F＂型止水铜片7----垫层料1(如：沥青砂浆)组成的防渗止水体系，可以辅助以回填覆盖粉砂土6的工程措施。

另外，可以在接缝V型槽处，放置一个橡胶棒(直径为30～50毫米)，用以支承塑性止水材料及堵塞接缝。

其它施工工艺步骤结构工作机理与实施例1相同。

实施例3：

一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，运用在坝高小于100米的面板坝周边缝上，如图7所示，其周边缝宜采用塑性嵌缝止水材料5与----垫层料1(如：沥青砂浆)组成的双层防渗止水体系，可以辅助以回填覆盖粉砂土6的工程措施。

其它施工工艺步骤结构工作机理与实施例1相同。

本发明所述的止水结构形式不仅仅限于实施例中所述的几种形式，不同工程的混凝土接缝，以其不同的工程(如：面板坝、碾压混凝土坝、混凝土坝、渠道等)、承受水头大小、预期接缝的最大变形、工程地址地理条件等选择单层或多层防渗止水结构，可以确保工程接缝止水结构止水可靠、施工简便、造价经济。

Claims (9)

1一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，在周边缝表面设有嵌缝材料(5)， 在周边缝中部设有塑料止水材料(8)，其特征在于：在周边缝中部的塑料止水材料是圆柱形橡胶棒(8)。

2如权利要求1所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：圆柱形橡胶棒(8)是实心棒或厚壁空心棒或由小直径的橡胶棒复合成的橡胶棒。

3如权利要求1或2所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在周边缝底部设有一道止水铜片(7)。

4如权利要求1或2所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在周边缝表面的嵌缝材料(5)是塑性止水材料。

5如权利要求3所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在周边缝表面的嵌缝材料(5)是塑性止水材料。

6如权利要求4所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在嵌缝材料(5)的表面贴有保护膜(10)。

7如权利要求5所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在嵌缝材料(5)的表面贴有保护膜(10)。

8如权利要求6所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在铜片(7)和垫层料(1)之间布设一层高强半渗漏土工布垫片(9)。

9如权利要求7所述的一种用于水利水电工程上的防渗止水结构，其特征在于：在铜片(7)和垫层料(1)之间布设一层高强半渗漏土工布垫片(9)。

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