CN107044109A - 一种土工膜防渗砂砾石坝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土工膜防渗砂砾石坝，包括坝基、由砂砾石构成的坝体、与排水棱体连接的反压平台，坝体和反压平台位于坝基上，反压平台与坝体连接，坝体包括上游坝体和下游坝体，下游坝体的坝基上设有多根桩深为15m的振冲碎石桩，多根振冲碎石桩呈正三角形布设，相邻两根振冲碎石桩之间的间距为4m；上游坝体的坝面上设有复合土工膜，复合土工膜用于防渗。本发明的振冲碎石桩与坝基形成复合地基，配合反压平台，有效解决地基液化问题；本发明的坝体内设置有L型排水体与下游排水棱体相接，竖向排水体上游设反滤保护层，对坝体和坝基砂砾料中细颗粒流失有很好的预防作用；本发明的复合砂砾石坝上游坝面采用土工膜防渗，本发明防渗效果特别明显。

Description

一种土工膜防渗砂砾石坝

技术领域

本发明属于深厚覆盖层的大坝领域，具体涉及一种土工膜防渗砂砾石坝。

背景技术

国内外在深厚覆盖层上修建的各类挡水建筑物较多，资料显示，覆盖层上修建的混凝土闸坝，国内的下马岭水电站重力坝最大高度为33m，覆盖层厚37m；福堂水电站挡水闸高31m，覆盖层厚65m；原苏联的古比雪夫水电站厂房、甫凉斯克水电站厂房，均为修建在覆盖层基础的闸坝，坝高分别为57m、52m。以上工程均已安全运行多年，积累了丰富的理论研究成果及工程实践经验，在《水闸设计规范》、《建筑地基设计规范》中，推荐采用经典土力学理论中的分层总和法进行计算，近年来，计算机手段的迅速发展进一步发展，土的本构关系迅速成熟，如邓肯一张(Duncan—Chang)模型、K-G模型,非线非弹性模型计算有DP准则等。其中邓肯弹性非线性模型能较好模拟土体非线性变形性质，在土工结构有限元分析中得到广泛应用。

然而，部分工程因变形控制处理不当引起安全问题的实例屡见不鲜，如安徽省长江北岸裕溪河口的排水闸，为砂壤土及深厚细砂层地基，采用16孔浅孔结合8孔深孔的布置形式，运行中出现总沉降量、沉降差均较大的情况；淮河中游蓄洪区城西湖分洪闸地基为深厚重壤土，采用2孔深闸结合8孔浅闸的布置形式，也出现沉降差过大现象，以上两个工程均引起不同程度的建筑物倾斜、止水拉裂，甚至混凝土开裂，严重影响工程运行安全，后期进行了改造加固。2010年完工的大渡河沙湾水电站工程，厂房及右侧坝段为岩基，坝高约80米，泄洪闸坝段为回填砂卵石基础，坝高约30.5米，运行以来，总沉降量、沉降差均出现大于规范要求情况，目前虽尚未影响建筑物正常运行，但长期发展可能导致建筑物倾斜、闸门及启闭机系统结构损伤问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明深入研究不同地基处理措施、施工工序下高闸坝建筑物应力应变，分析其沉降量及沉降差等控制指标，除按照规范进行常规设计外，深厚覆盖层的水电站还进行了厂房及泄洪闸基础三维静动力有限元仿真分析，同时针对机组震动、水流脉动对厂房结构基础影响，又进行了静动力三维有限元计算研究，通过大量的研究分析，不同建筑物采取了多种地基处理措施，厂房坝段采用灌注桩+旋喷桩、泄洪闸采取振冲、旋喷桩、下游防冲墙、土工膜防渗沙砾石坝液化处理。

为此，本发明提供了一种土工膜防渗砂砾石坝。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种土工膜防渗砂砾石坝，包括坝基、由砂砾石构成的坝体、与排水棱体连接的反压平台，所述坝体和反压平台位于坝基上，所述反压平台与所述坝体连接，所述坝体包括上游坝体和下游坝体，所述下游坝体的坝基上设有多根桩深为15m的振冲碎石桩，多根所述振冲碎石桩呈正三角形布设，相邻两根振冲碎石桩之间的间距为4m；

所述上游坝体的坝面上设有复合土工膜，所述复合土工膜用于防渗。

上述的一种土工膜防渗砂砾石坝，还包括L型排水体，所述L型排水体与下游排水棱体连接，L型排水体包括竖向排水体和水平排水体，所述竖向排水体的下端与所述水平排水体的一端连接，位于上游的竖向排水体表面设有反滤保护层，水平排水体的底部也设有反滤保护层，所述反滤保护层用于防止坝体和坝基砂砾料中细颗粒的流失。

上述的一种土工膜防渗砂砾石坝，所述坝体的侧面设有用于防渗的混凝土防渗墙。

上述的一种土工膜防渗砂砾石坝，所述混凝土防渗墙的厚度为1m，深度为49.1m。

上述的一种土工膜防渗砂砾石坝，所述混凝土防渗墙上设有刺墙，所述刺墙顶宽0.5m，所述刺墙伸入坝体内18.6m，所述刺墙沿上下游方向的比例为1∶0.15。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的振冲碎石桩与坝基形成复合地基，配合反压平台，有效解决地基液化问题；本发明的坝体内设置有L型排水体与下游排水棱体相接，竖向排水体上游设反滤保护层，水平排水体底部基础表面也设有反滤保护层，对坝体和坝基砂砾料中细颗粒流失有很好的预防作用；本发明的复合砂砾石坝上游坝面采用土工膜防渗，底部嵌入防渗墙顶部，防身效果特别明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的A-A剖视图。

图中：10、坝基；11、振冲碎石桩；20、坝体；21、上游坝体；22、下游坝体；30、反压平台。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参照图1和图2，本实施例公开了一种土工膜防渗砂砾石坝，包括坝基10、由砂砾石构成的坝体、与排水棱体连接的反压平台30，坝体和反压平台30位于坝基10上，反压平台30与坝体连接，坝体包括上游坝体21和下游坝体22，下游坝体22的坝基10上设有多根桩深为15m的振冲碎石桩11，多根振冲碎石桩11呈正三角形布设，相邻两根振冲碎石桩11之间的间距为4m；

上游坝体21的坝面上设有复合土工膜，复合土工膜用于防渗。

本实施例的土工膜防渗砂砾石坝，还包括L型排水体，L型排水体与下游排水棱体连接，L型排水体包括竖向排水体和水平排水体，竖向排水体的下端与水平排水体的一端连接，位于上游的竖向排水体表面设有反滤保护层，水平排水体的底部也设有反滤保护层，反滤保护层用于防止坝体和坝基10砂砾料中细颗粒的流失。

本实施例围堰以下结合坝体防渗采用厚1.0m混凝土防渗墙防渗，防渗设计深度为49.10m。围堰以上复合砂砾石坝上游坝面采用土工膜防渗，底部嵌入防渗墙顶部，因此，本实施例坝体的侧面设有用于防渗的混凝土防渗墙。优选混凝土防渗墙的厚度为1m，深度为49.1m。

为防止与左侧挡墙等混凝土建筑物间发生接触冲刷，参考以往工程经验，在挡墙上增设刺墙，混凝土防渗墙上设有刺墙，刺墙顶宽0.5m，刺墙伸入坝体内18.6m，刺墙沿上下游方向的比例为1∶0.15。

本实施例以右岸拦河坝为例，具体说明土工膜防渗砂砾石坝的结构：

右岸拦河坝采用土工膜防渗砂砾石坝，与上游围堰结合。坝顶全长295.00m，坝顶高程3079.00m。坝基10高程3052.00m，最大坝高27.00m，上游坝坡比为1∶2.5～1∶1.75。下游坝坡1∶1.7，坝坡后部设置25m反压平台30，反压平台30尾部为棱体排水。在坝基10下游范围正三角形布设桩径1m、间距4m×4m、桩深为15m的振冲碎石桩11，形成复合地基，与反压平台30一起，有效解决地基液化问题。坝内设置有L型排水体与下游排水棱体相接，竖向排水体上游设反滤保护层，水平排水体底部基础表面也设有反滤保护层，以防止坝体和坝基10砂砾料中细颗粒流失。围堰以下结合坝体防渗采用厚1.0m混凝土防渗墙防渗，防渗设计深度为49.10m。围堰以上复合砂砾石坝上游坝面采用土工膜防渗，底部嵌入防渗墙顶部。

为防止与左侧挡墙等混凝土建筑物间发生接触冲刷，参考以往工程经验，在挡墙上增设刺墙，顶宽0.5m，上下游方向1∶0.15，伸入土石坝内18.6m。

左副坝段布置在左岸阶地上，由于厂房基坑开挖深度较大，为降低左副坝高度，厂房左侧首先采用砂卵石回填至3059.00m高程，以上采用重力坝挡水，坝顶高程3079.00m，坝段长90.433m，坝顶宽7.0m，上游面上部直立，高程3072.00m以下为倾向上游的1∶0.2坡，下游面上部直立，3072.00m以下为斜坡，坡比1∶0.6。左副坝段共分5个坝段，基础高程底高程由3059.00m逐渐抬升到3079.00m。

本实施例的8孔泄洪闸采用带胸墙的底孔型式，闸顶高程3079m，最大闸高为26.5m。孔口尺寸为7.00m×5.20m(宽×高)。闸墩设为缝墩，闸室底板末端以1∶4缓坡与消力池底板衔接，消力池长107m，底板顶高程为3047.50m，厚2.50m，底板设Φ50mm排水孔，其底部设0.5m厚反滤层；消力池末端设混凝土防冲墙，厚1m，深度为10m。池内上游并排设置9个4m高的差动坎以形成淹没水跃。消力池出口设置3m宽导砂槽，以利于泥沙冲出消力池。

生态放水孔分2孔，互为备用。均采用带胸墙的底孔型式，闸室上下游方向长30m，坝顶总长12.50m。过流孔口尺寸2.5m×5.0m(宽×高)，进口底板高程3058.00m。生态放水孔下游消能工与泄洪闸共用一个消力池。

1#～6#泄洪闸闸室地基为中密的中粗砂，实际桩径为1.5m，采用等边三角形布置，间距2.5m，面积置换率为0.16，经载荷检测，单桩承载力特征值为942kPa，复合地基承载力特征值为380kPa。经标准贯入试验检测，其桩间土承载力为384～425kPa，均说明振冲对地基挤密效果明显，成果满足设计要求。

7#～8#泄洪闸及生态放水孔基础受厂房开挖影响，位于回填后砂卵石上，选用开挖料中的良好级配砂卵石回填，为改善填筑质量，同时在靠近混凝土侧设置过渡层，严格按照相对密度大于0.8控制、过渡料相对密度按大于0.75控制；以满足地基承载力要求。由于回填后期压缩沉降需要一定的历时，为了加快施工进度，同时考虑该段属于厂房基础强处理和1#～6#泄洪闸基础振冲桩弱处理的过渡段，对该部位回填后基础进行旋喷桩处理，旋喷深度选用17m，桩径1.0m，间排距3.0m。梅花状布置。

左岸鱼道全长1100.46m，两个进鱼口布置在厂房尾水渠出口及下游部位，线路由厂房尾水向下游延伸，从跨鱼道桥(鱼0+316.92m～鱼0+335.13m)底穿过进厂公路，然后沿进厂公路左侧折回上游，于桩号鱼0+823处采用在左副坝上开孔方式过坝，继续沿左岸上游边坡向上游库区延伸至1#、2#出鱼口。结合转弯段布置共设置9处休息室，底坡坡度1％。设置两处观察室，用以观察统计过鱼种类及数量等。

根据鱼类特性及水流条件，设置2个进鱼口，高程分别为3053.00m、3054.00m。鱼道采用同侧竖缝式钢筋混凝土池室，控制流速为0.9m/s～1.1m/s，鱼道宽2.0m,竖缝宽度为0.3m。高度按正常运行水深2.5m加超高进行设计。池室纵坡度取用2％。对鱼0+811.019～鱼0+892.424段进行桩基处理，设计钢筋混凝土灌注桩长8m，桩径1.0m，间排距4m。其余鱼道均位于开挖形成的中粗砂地基上。

本实施例的振冲碎石桩11与坝基10形成复合地基，配合反压平台30，有效解决地基液化问题；本实施例的坝体内设置有L型排水体与下游排水棱体相接，竖向排水体上游设反滤保护层，水平排水体底部基础表面也设有反滤保护层，对坝体和坝基10砂砾料中细颗粒流失有很好的预防作用；本实施例的复合砂砾石坝上游坝面采用土工膜防渗，底部嵌入防渗墙顶部，防身效果特别明显。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种土工膜防渗砂砾石坝，其特征在于，包括坝基、由砂砾石构成的坝体、与排水棱体连接的反压平台，所述坝体和反压平台位于坝基上，所述反压平台与所述坝体连接，所述坝体包括上游坝体和下游坝体，所述下游坝体的坝基上设有多根桩深为15m的振冲碎石桩，多根所述振冲碎石桩呈正三角形布设，相邻两根振冲碎石桩之间的间距为4m；

所述上游坝体的坝面上设有复合土工膜，所述复合土工膜用于防渗。

2.如权利要求1所述的土工膜防渗砂砾石坝，其特征在于，还包括L型排水体，所述L型排水体与下游排水棱体连接，L型排水体包括竖向排水体和水平排水体，所述竖向排水体的下端与所述水平排水体的一端连接，位于上游的竖向排水体表面设有反滤保护层，水平排水体的底部也设有反滤保护层，所述反滤保护层用于防止坝体和坝基砂砾料中细颗粒的流失。

3.如权利要求1所述的土工膜防渗砂砾石坝，其特征在于，所述坝体的侧面设有用于防渗的混凝土防渗墙。

4.如权利要求3所述的土工膜防渗砂砾石坝，其特征在于，所述混凝土防渗墙的厚度为1m，深度为49.1m。

5.如权利要求3所述的土工膜防渗砂砾石坝，其特征在于，所述混凝土防渗墙上设有刺墙，所述刺墙顶宽0.5m，所述刺墙伸入坝体内18.6m，所述刺墙沿上下游方向的比例为1∶0.15。