CN106759133A - 一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法 - Google Patents

一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法。本发明的结构设计简单、施工便捷、安全可靠,具有良好的经济性和较强的实用性。本发明的技术方案是:该结构具有顶部挖除一定厚度松散土料的原均质土石坝和布置在原均质土石坝下游侧的面板堆石坝,面板堆石坝由主堆石区、次堆石区,以及堆石区靠原均质土石坝顶侧坡面逐次铺设的过渡层、面板底部垫层和面板组成;原均质土石坝和主堆石区之间依次设有反滤料层和过渡料层;原均质土石坝顶部由下而上依次设有固结灌浆层、混凝土板,以及与面板底部搭接的趾板;趾板上方覆盖有土工膜;原均质土石坝中竖向设有深入基岩的均质土石坝防渗墙,该防渗墙顶部贯穿趾板,底部接有灌浆帷幕。

Description

一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法
技术领域
本发明涉及一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法,主要适用于均质土石坝或粘土心墙堆石坝改造扩建等类似工程。
背景技术
均质土石坝坝体断面不分防渗体和坝壳,基本上是由均一的黏性土料(壤土、砂壤土)碾压填筑而成。由于该坝型结构单一、施工方便,因此,我国自六十年代以来建设了一批中低均质土石坝。随着社会的进步和水利水电工程的快速发展,前期建设的中低均质土石坝已经不能满足社会的需求,需要进行改造扩建。
目前,我国根据多个工程的经验,在改造扩建过程中常常将前期的均质土石坝挖除或将其作为扩建工程的施工围堰等,基本上放弃了对均质土石坝的二次利用,将本已固结变形完成的均质土石坝中防渗性能优良的土料丢弃,造成了资源的极大浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:针对上述存在的问题,提供一种结构设计简单、施工便捷、安全可靠的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法,具有良好的经济性和较强的实用性。
本发明所采用的技术方案是:一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,具有顶部挖除一定厚度松散土料的原均质土石坝和布置在原均质土石坝下游侧的面板堆石坝,所述面板堆石坝由主堆石区、次堆石区,以及堆石区靠原均质土石坝顶侧坡面逐次铺设的过渡层、面板底部垫层和面板组成;其特征在于:所述原均质土石坝和主堆石区之间依次设有反滤料层和过渡料层;所述原均质土石坝顶部由下而上依次设有固结灌浆层、混凝土板,以及与面板底部搭接的趾板;所述趾板上方覆盖有土工膜;所述原均质土石坝中竖向设有深入基岩的均质土石坝防渗墙,该防渗墙顶部贯穿趾板,底部接有灌浆帷幕。
所述趾板的底高程高于工程死水位;所述均质土石坝防渗墙底部深入基岩1~3m、厚度为0.5~0.8m。
所述混凝土板的厚度为0.8~1.5m,混凝土板内预埋有间排距为(2~3)×(2~3)m、呈梅花型布置的PVC灌浆管;所述固结灌浆层的灌浆深度为3~8m。
所述反滤料层的厚度为1.5~3m;所述过渡料层的厚度为2~4m。
所述面板堆石坝的次堆石区下游侧边坡坡度为1:T,T>1.3;所述过渡层的厚度为2~5m;所述面板底部垫层的厚度为2~3m。
所述土工膜采用两布一膜的型式,膜材料选用1.5mm厚单层高密度聚乙烯土工膜。
一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构的施工方法,其特征在于步骤如下:
a.混凝土板的浇筑:将原均质土石坝顶部相对松散的具有一定厚度的土料挖除后浇筑0.8~1.5m厚的混凝土板,并在浇筑混凝土板时预埋间排距为(2~3)×(2~3)m、呈梅花型布置的PVC灌浆管;
b.固结灌浆层的施工:通过预埋在混凝土板内的PVC灌浆管进行固结灌浆,形成灌浆深度为3~8m的固结灌浆层,灌浆结束后用水泥砂浆将预埋的PVC灌浆管充填密实;
c.均质土石坝防渗墙的施工:在原均质土石坝中竖向设置深入基岩1~3m、厚度为0.5~0.8m的均质土石坝防渗墙,该防渗墙顶部贯穿趾板,底部浇筑灌浆帷幕;
d.反滤料层和过渡料层的填筑:在原均质土石坝下游侧坡面上依次铺设厚度为1.5~3m的反滤料层和厚度为2~4m的过渡料层,并碾压密实;
e.面板堆石坝堆石区的填筑:紧靠过渡料层逐次填筑主堆石区和次堆石区,面板堆石坝的次堆石区下游侧边坡坡度为1:T,T>1.3;并在主堆石区和次堆石区靠原均质土石坝顶侧坡面依次布置厚度为2~5m的过渡层和厚度为2~3m的面板底部垫层;
f.面板的浇筑:在面板底部垫层上方浇筑面板,并在混凝土板上方与面板底部接触部位铺设趾板,该趾板的底高程高于工程死水位;
g.土工膜的铺设:土工膜覆盖整个趾板,并向两侧延伸长度L不小于5m,土工膜采用两布一膜的型式,膜材料选用1.5mm厚单层高密度聚乙烯土工膜,土工布上用单重30kg/只、布置间距为1.5m×1.5m的土工布沙袋进行压覆。
本发明的有益效果是:本发明为了解决均质土石坝或粘土心墙堆石坝改造扩建等问题,结合原均质土石坝或粘土心墙堆石坝防渗体经多年固结变形后防渗性能良好等特点,提出了一种结构设计简单、施工便捷、安全可靠的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构及施工方法,具有良好的经济性和较强的实用性。
附图说明
图1是本发明的剖面图。
图2是本发明中图1的A部放大图。
具体实施方式
如图1、图2所示,本实施例为一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,具有顶部挖除一定厚度相对松散土料的原均质土石坝101和布置在原均质土石坝下游侧的面板堆石坝;本例中,均质土石坝改建后,坝前水位升高,原均质土石坝101不能满足坝体正常防渗要求,需要重新进行防渗设计;改建后的坝体以新建的面板12+均质土石坝防渗墙3+防渗墙底部的灌浆帷幕4相结合的形式组成封闭防渗体。
面板堆石坝由主堆石区7、次堆石区8,以及堆石区靠原均质土石坝101顶侧坡面依次布置的厚度为2~5m的过渡层9、厚度为2~3m的面板底部垫层10和面板12组成;面板堆石坝下游侧边坡坡度(次堆石区8下游侧边坡坡度)为1:T,T>1.3。
原均质土石坝101和面板堆石坝的主堆石区7之间依次设有水平厚度为1.5~3m的反滤料层5和厚度为2~4m的过渡料层6。
原均质土石坝101顶部布置有厚度为0.8~1.5m的混凝土板1,该混凝土板内预埋有间排距为(2~3)×(2~3)m、呈梅花型布置的PVC灌浆管;原均质土石坝101中竖向置有深入基岩1~3m、厚度为0.5~0.8m的均质土石坝防渗墙3;该防渗墙的顶部贯穿混凝土板1及趾板11,底部接灌浆帷幕4;灌浆帷幕4的灌浆深度以深入3Lu线以下为控制标准,并且应满足施工工艺规范的要求。
在混凝土板1表面与面板堆石坝接触部位,即面板12底部与混凝土板1接触部位铺设趾板11,趾板的底高程高于工程死水位,并在趾板11上方覆盖有土工膜13;土工膜13覆盖整个趾板11,并向两侧延伸长度L不小于5m,土工膜采用两布一膜的型式,膜材料选用1.5mm厚单层高密度聚乙烯(HDPE)土工膜,土工布上用单重30kg/只左右的土工布沙袋(间距1.5m×1.5m)进行压覆,避免土工布及土工膜在施工期被风掀动以及在运行期受水浮力的影响漂动。
本实施例的施工方法如下:
a.混凝土板1的浇筑:混凝土板1为趾板11的直接受力支撑体,主要作用为改善趾板11的受力及变形状态;为让混凝土板1座落在相对密实的基础上,将原均质土石坝101顶部具有一定厚度相对松散的土料挖除(挖除厚度h1根据趾板11的设计高程等综合确定);由于混凝土板1座落在软基上,因此,其厚度h2不易过大,一般为0.8~1.5m;
在原均质土石坝101上方浇筑混凝土板1,在施工过程中应注意温控措施,减少混凝土板1的温度裂缝;为减少混凝土板1的温度荷载约束,同时减小固结灌浆时灌浆孔的钻孔深度,根据固结灌浆时灌浆孔的间排距,在混凝土板1内部预埋PVC灌浆管;本例中,混凝土板1内部预埋PVC灌浆管呈梅花型布置、间排距为(2~3)×(2~3)m;
b.固结灌浆层2的施工:为增加混凝土板1的基础变形模量,减少荷载作用下趾板11的基础变形,以混凝土板1为盖重进行系统的固结灌浆,即通过预埋在混凝土板1内的PVC灌浆管进行固结灌浆,形成固结灌浆层2;其灌浆深度h3一般为3~8m,具体灌浆参数可根据现场试验等综合确定;灌浆施工工艺应满足规范要求,灌浆结束后用水泥砂浆将预埋的PVC灌浆管充填密实;
c.均质土石坝防渗墙3的施工:均质土石坝改建后,坝前水位升高,原均质土石坝101不能满足坝体正常防渗要求,需要重新防渗设计;在原均质土石坝101中竖向设置均质土石坝防渗墙3,该防渗墙的上方贯穿混凝土板1及趾板11,底部深入基岩1~3m,根据渗透比降计算确定,其厚度一般为0.5~0.8m;防渗墙底部浇筑灌浆帷幕4,灌浆帷幕4的灌浆深度以深入3Lu线以下为控制标准且应满足施工工艺规范要求;
d.反滤料层5和过渡料层6的填筑:在原均质土石坝101下游侧坡面上依次铺设反滤料层5和过渡料层6,并碾压密实;
反滤料层5:为防止原均质土石坝101发生渗透破坏,铺设反滤料层5;反滤料层5的水平厚度一般为1.5~3m之间,具体根据规范要求计算确定;施工时应控制好反滤料的厚度及级配,减少反滤料的污染,确保其碾压密实,反滤料的级配等控制指标见表1;
表1反滤料设计主要指标
过渡料层6:原均质土石坝101以防渗细料为主,新填筑的堆石区以石料为主,两者变形模量相差较大,为了使整个坝体变形协调,需在两者之间设置过渡料层6,厚度一般为2~4m,施工时应控制好过渡料的级配及填筑质量,确保碾压后的质量达到设计要求,过渡料的具体级配等控制指标见表2;
表2过渡料设计主要指标
干密度(g/cm3) 孔隙率(%) 最大粒径(mm) <5mm(%) <0.075mm(%)
试验确定 <21 300 20 5
e.面板堆石坝堆石区的填筑:根据料源情况,要对面板堆石坝进行分区设计;一般情况下分为主堆石区7、次堆石区8、面板底部垫层10及过渡层9等;根据稳定计算确定面板堆石坝的次堆石区8下游侧边坡坡度为1:T,T>1.3;其中,主堆石区7和次堆石区8紧靠过渡料层6逐次填筑,过渡层9和面板底部垫层10依次布置在堆石区(主堆石区7和次堆石区8)靠原均质土石坝101的顶侧坡面上;过渡层9的厚度一般为2~5m,面板底部垫层10的厚度一般为2~3m;施工时,应控制好料源级配,防止超径块石、级配分离等现象;堆石料的相关参数详见表3;
表3堆石料设计主要指标
坝料 干密度(g/cm3) 孔隙率(%) 最大粒径(mm) <5mm(%) <0.075mm(%)
堆石料-1 试验确定 <22 800 20 5
堆石料-2 试验确定 <22 800 15 5
f.面板12的浇筑:对于类似改建工程,坝体的沉降变形对控制面板12的裂缝破损影响巨大,因此,浇筑面板12前,坝体的月沉降速率应控制在5mm/月以内;在面板底部垫层10上方浇筑面板12,并在混凝土板1表面与面板12的底部接触部位铺设趾板11,趾板11的底高程选取非常重要,为满足后期检修等要求,趾板11底高程应高于工程死水位;面板及趾板的混凝土厚度按照设计厚度施工,在面板及趾板的止水附近,必须振动密实,防止架空等现象;面板12的厚度按照下式计算确定:
t=t0+(0.002~0.0035)H
其中:t为面板厚度,m;
t0为面板顶部厚度,m;
H为计算断面至面板顶部的垂直距离,m;
g.土工膜13的铺设:为防止外荷载、基础变形等作用下趾板11与防渗墙3脱开,在趾板11的顶部设置一层土工膜13辅助防渗,要求土工膜13覆盖整个趾板11,并向两侧延伸长度L不小于5m;土工膜13采用两布一膜的型式,膜材料选用1.5mm厚单层高密度聚乙烯(HDPE)土工膜,土工布上用单重30kg/只、布置间距为1.5m×1.5m的土工布沙袋进行压覆,避免土工布及土工膜在施工期被风掀动以及在运行期受水浮力的影响漂动;具体的技术指标见表4;
表4 HDPE土工膜物理力学指标

Claims (7)

1.一种均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,具有顶部挖除一定厚度松散土料的原均质土石坝(101)和布置在原均质土石坝下游侧的面板堆石坝,所述面板堆石坝由主堆石区(7)、次堆石区(8),以及堆石区靠原均质土石坝(101)顶侧坡面逐次铺设的过渡层(9)、面板底部垫层(10)和面板(12)组成;其特征在于:所述原均质土石坝(101)和主堆石区(7)之间依次设有反滤料层(5)和过渡料层(6);所述原均质土石坝(101)顶部由下而上依次设有固结灌浆层(2)、混凝土板(1),以及与面板(12)底部搭接的趾板(11);所述趾板(11)上方覆盖有土工膜(13);所述原均质土石坝(101)中竖向设有深入基岩的均质土石坝防渗墙(3),该防渗墙顶部贯穿趾板(11),底部接有灌浆帷幕(4)。
2.根据权利要求1所述的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,其特征在于:所述趾板(11)的底高程高于工程死水位;所述均质土石坝防渗墙(3)底部深入基岩1~3m、厚度为0.5~0.8m。
3.根据权利要求1或2所述的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,其特征在于:所述混凝土板(1)的厚度为0.8~1.5m,混凝土板内预埋有间排距为(2~3)×(2~3)m、呈梅花型布置的PVC灌浆管;所述固结灌浆层(2)的灌浆深度为3~8m。
4.根据权利要求3所述的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,其特征在于:所述反滤料层(5)的厚度为1.5~3m;所述过渡料层(6)的厚度为2~4m。
5.根据权利要求4所述的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,其特征在于:所述面板堆石坝的次堆石区(8)下游侧边坡坡度为1:T,T>1.3;所述过渡层(9)的厚度为2~5m;所述面板底部垫层(10)的厚度为2~3m。
6.根据权利要求5所述的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构,其特征在于:所述土工膜(13)采用两布一膜的型式,膜材料选用1.5mm厚单层高密度聚乙烯土工膜。
7.一种如权利要求6所述的均质土石坝与面板堆石坝的混合坝型结构的施工方法,其特征在于步骤如下:
a.混凝土板(1)的浇筑:将原均质土石坝(101)顶部相对松散的具有一定厚度的土料挖除后浇筑0.8~1.5m厚的混凝土板(1),并在浇筑混凝土板(1)时预埋间排距为(2~3)×(2~3)m、呈梅花型布置的PVC灌浆管;
b.固结灌浆层(2)的施工:通过预埋在混凝土板(1)内的PVC灌浆管进行固结灌浆,形成灌浆深度为3~8m的固结灌浆层(2),灌浆结束后用水泥砂浆将预埋的PVC灌浆管充填密实;
c.均质土石坝防渗墙(3)的施工:在原均质土石坝(101)中竖向设置深入基岩1~3m、厚度为0.5~0.8m的均质土石坝防渗墙(3),该防渗墙顶部贯穿趾板(11),底部浇筑灌浆帷幕(4);
d.反滤料层(5)和过渡料层(6)的填筑:在原均质土石坝(101)下游侧坡面上依次铺设厚度为1.5~3m的反滤料层(5)和厚度为2~4m的过渡料层(6),并碾压密实;
e.面板堆石坝堆石区的填筑:紧靠过渡料层(6)逐次填筑主堆石区(7)和次堆石区(8),面板堆石坝的次堆石区下游侧边坡坡度为1:T,T>1.3;并在主堆石区(7)和次堆石区(8)靠原均质土石坝(101)顶侧坡面依次布置厚度为2~5m的过渡层(9)和厚度为2~3m的面板底部垫层(10);
f.面板(12)的浇筑:在面板底部垫层(10)上方浇筑面板(12),并在混凝土板(1)上方与面板(12)底部接触部位铺设趾板(11),该趾板的底高程高于工程死水位;
g.土工膜(13)的铺设:土工膜(13)覆盖整个趾板(11),并向两侧延伸长度L不小于5m,土工膜(13)采用两布一膜的型式,膜材料选用1.5mm厚单层高密度聚乙烯土工膜,土工布上用单重30kg/只、布置间距为1.5m×1.5m的土工布沙袋进行压覆。
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