CN107354920A - 用于涵闸的组合防渗结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涵闸的组合防渗结构及其施工方法，用于涵闸的防渗及对自身防渗体系的保护。防渗体系包括：原有防渗结构，混凝土或粘土铺盖；防渗结构防护体系，复合土工膜结构；主要采用的技术方案为：在涵闸基础与上游防渗铺盖之间铺设复合土工膜，土工膜在水平方向与铺盖、底板密封连接，在垂直方向阶梯状铺设，使其留有膜与土体共同变形的余幅，构成铺盖与闸基连接处的防渗屏障。所述复合土工膜可在铺盖由于不均与沉降产生裂缝时仍可正常防渗。

Description

用于涵闸的组合防渗结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种组合式的防渗结构，具体涉及一种涵闸防渗结构及其施工方法。

背景技术

涵洞式水闸是一种在水利工程中广泛应用的结构形式，主要包括闸前铺盖、闸室和涵洞等部分。闸室前设铺盖可增加渗径长度，减小坡降，通常有混凝土铺盖和粘土铺盖两种类型。在实际应用中，由于闸室本身质量较大，以及大堤填土对闸室的顶推力作用，闸室底板与铺盖连接处常发生不均匀沉降。工程经验表明，黄河上建成20年的涵闸闸室前累计不均匀沉降一般在10～20cm之间，超过了规范允许值。混凝土铺盖刚度大，在不均匀沉降处承受较大弯矩，不可避免的发生破坏。粘土铺盖刚度较小，变形协调能力较强，但在不均匀沉降处也会因底板沉降发生剪切破坏。混凝土或粘土铺盖断裂破坏后，导致涵闸渗径缩短。渗径缩短引起水力梯度增大，在上游水头作用下易产生涌水、管涌，掏空闸室及涵洞基础，严重的还会影响堤防安全。

混凝土铺盖和粘土铺盖易由于不均匀沉降而产生破坏，故常在工程设计时，会考虑在底板下设摩擦桩或端承桩。在底板下设置桩基础，可有效减小闸室沉降，但底板下部土体不再受到上部重力作用而压密，在长时间渗流作用下，易发生掏空现象，且水泥桩造价较高，增加建设成本。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：铺盖在与闸基在连接处，极易由于不均匀沉降发生剪切破坏，在铺盖与闸基连接处设置闭合复合土工膜防渗体系，利用复合土工膜的高延展性与高防渗性，在由于不均匀沉降铺盖有裂缝时，复合土工工膜仍可继续工作，起到保护防渗系统正常工作。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于涵闸的组合防渗结构，包括复合土工膜，所述的复合土工膜锚固在防渗结构铺盖与闸基的连接处，形成封闭式的复合土工膜结构；本发明的防渗体系在原有防渗铺盖基础上，在铺盖与闸基连接处设置封闭式复合土工膜，与原有防渗结构连接为一个整体。

优选地，所述复合土工膜包括三层，从上到下依次是土工布、土工膜、土工布；以无纺布作为基布，与土工膜复合，制作成复合土工膜。所述的土工膜采用水利工程常用PVC膜；复合土工膜可用粘合剂或融化剂很好的粘着与混凝土表面。

优选地，所述复合土工膜在与混凝土面板连接时，为施工方便，分为上下游土工膜，上游与混凝土铺盖连接，下游与混凝土闸基连接。

优选地，优选地，所述复合土工膜与混凝土面板的连接在用锚固，需在混凝土板上定位打孔，埋入膨胀螺栓；具体的，所述的复合土工膜与混凝土面板之间通过膨胀螺栓连接，所述的膨胀螺栓依次穿过垫层、槽型钢、丁基胶带、复合土工膜、丁基胶带、垫层，然后连接到混凝土面板。

所述复合土工膜在铺设时，为施工方便，现将复合土工膜压于混凝土面板下，利用混凝土面板自重达到与复合土工膜紧密连接，为复合土工膜安全使用，在混凝土面板下设一层5mm后橡胶垫层，并且，在与复合土工膜接触的混凝土面板尖角打磨光滑。

优选地，所述复合土工膜与周边结构要求紧密连接，复合土工膜与混凝土面板螺栓连接部位两侧涂刷乳化沥青粘结，乳化沥青厚度约为2mm。

优选地，所述复合土工膜在铺设时不要拉的太紧，应留有1.5％的余幅；

优选地，复合土工膜的连接采用丁字形连接，接头采用焊接方式，复合土工膜之间留有10cm搭接宽度，拼接焊缝有两条，每条10mm，两条焊缝间留10mm空腔。

其中，混凝土面板下复合土工膜之间的连接采用采用焊接，在混凝土面板吊装到指定位置之前完成。上下游土工膜的焊接在混凝土面板吊装到位之后进行焊接，焊接完成之后，铺设在铺盖与闸基两者之间；

优选地，为施工方便，在铺盖及闸基垫层铺设时，在复合土工膜设计位置阶梯状压实；

优选地，复合土工膜的竖直铺设，为适应闸基及铺盖的不均匀沉降，土工膜在其变形的反方向褶皱铺设；由于铺盖底与闸基底之间垂直距离较小，一般在0.5m～1m之间，变形为沿自重方向，膜向上褶皱，褶皱高差为0.3m。

具体的，本发明还提供了一种铺盖—复合土工膜的组合防渗结构施工方法，包括以下步骤：

步骤1.完成原有防渗结构的基本工作；

步骤2.施工准备：在闸基底板和铺盖上打孔，且埋入膨胀螺栓；

步骤3.复合土工膜与混凝土面板的连接：

复合土工膜需与混凝土底板紧密连接，混凝土连接部位涂刷乳化沥青2mm厚，利用膨胀螺栓与钢板压条锚固复合土工膜；闸前铺盖若是混凝土铺盖，复合土工膜与闸前铺盖的连接与闸基连接工艺相同；

步骤4.复合土工膜铺设：在复合土工膜与混凝土连接部位铺设垫层，复合土工膜紧贴混凝土铺设；

步骤5.复合土工膜之间的焊接,焊接完成之后，利用目测法和充气法及时检测焊缝质量；

步骤6.混凝土铺盖与闸基的吊装；

复合土工膜一段与混凝土面板螺栓连接，剩余土工膜紧贴混凝土面板，复合土工膜另一端，多余复合土工膜卷起，置于混凝土面板顶端，首先利用吊装机器将混凝土底板吊装到预定位置；闸基底板厚度较铺盖厚度厚，闸基吊装完成后，对铺盖垫层进一步铺设，对连接部位垫层阶梯状铺设，以便复合土工膜褶皱铺设，充分利用其抗拉特性；由于两者厚度差距不是很大，故设置一节阶梯；垫层铺设，压实完成之后，对铺盖进行吊装；

步骤7.上、下游复合土工膜的焊接；

待混凝土铺盖与闸基铺吊装完成后，土工膜长度依据工程实际设计裁剪，留有10cm重叠区域进行焊接，上下游土工膜连为一体。焊接工艺完成后，按设计有下向上铺设土工膜；

步骤8.铺盖与闸基之间复合土工膜铺设；

步骤9.复合土工膜一侧土体回填，压实，以及止水设置。

与现有粘土铺盖和混凝土铺盖防渗技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的粘土-土

工膜防渗结构，土工膜渗透系数可达10^-11cm/s，远低于粘土渗透系数10^-7cm/s和混凝土渗透系数10^-8cm/s，完全可以满足普通涵闸闸室底板与上游铺盖连接处的防渗要求，也可应用于其他水工结构基础防渗。

(2)采用粘土和土工膜组合结构，抵抗不均匀沉降能力强，粘土一方面可以起防渗作用，另一方面作为垫层可保护复合土工膜免于碎石尖角刺破，可起到双保险作用。在闸室底板和铺盖连接处常产生不均匀沉降，一般可达20～30mm，由此导致防渗结构承受较大的剪切应力。复合土工膜延伸率在50％的时候仍处于弹性阶段，抵抗变形能力远超粘土和混凝土，特别适合不均匀沉降部位防渗。

(3)粘土-复合土工膜组合防渗结构，造价低。粘土可取自闸址处开挖土体，复合土工膜每平方米价格为5～7元，由于采用了复合土工膜防渗，粘土只是起保护作用，故不需要太多，综合起来造价比采用大量粘土和混凝土防渗显著降低。

(4)施工方便。复合土工膜在抽水蓄能电站堤防、面膜堆石坝中广泛应用，施工技术已相对成熟，面膜焊接保证率高，在应用粘土-复合土工膜防渗体施工时，只需在浇筑完成底板和铺盖后，锚固固定后，吊装至所需要部位然后焊接即可。

所以本发明设计了一种防渗效果良好、结构可靠度高、造价低、施工方便的新型涵闸粘土-复合土工膜防渗结构，该结构可长期稳定工作，可应用与涵闸闸室底板与铺盖连接处防渗，也可用于其他需要防渗且有较大不均匀沉降的水工结构工程中。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明铺盖—复合土工膜组合防渗结构剖面图；

图2是本发明中复合土工膜与混凝土面板连接的细部构造图；

图中，1—闸基；2—混凝土铺盖；3—复合土工膜；4—螺栓；5—粘土层；6—垫层；7—P型止水；8—膨胀螺栓；9—螺栓配套垫层；10—槽型钢；11—土工布；12—专用土工膜；13—丁基胶带；14—乳化沥青。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面对本发明做进一步的说明，本结构可用于保护闸室的防渗体系。在原有防渗结构基础上，于铺盖与闸基连接处设置复合土工膜，充分利用土工膜高防渗性与高抗拉强度，复合土工膜在延伸率为150％的时候仍处于弹性阶段，抵抗变形能力远超粘土和混凝土，若铺盖由于地基不均匀沉降发生破坏有裂缝时，复合土工膜仍可继续防渗，保证防渗系统正常工作。

如图1所示，本发明的组合型防渗体系铺盖—复合土工膜的铺设，

所述防渗体系在原有防渗铺盖基础上，在铺盖2与闸基1连接处设置封闭式复合土工膜3，与原有防渗结构连接为一个整体。结构包括：

原有防渗结构：混凝土铺盖或是粘土铺盖；

防渗体系防护结构：由复合土工膜3构成；其中，复合土工膜锚固在原有防渗结构铺盖与闸基上，形成封闭式的复合土工膜结构；

优选地，所述复合土工膜为两布一膜，土工膜采用水利工程常用PVC膜，可用粘合剂或融化剂很好的粘着与混凝土表面，以无纺布作为基布，与土工膜复合，制作成复合土工膜3；

优选地，所述复合土工膜在与混凝土面板连接时，为施工方便，分为上下游土工膜，上游与混凝土铺盖连接，下游与混凝土闸基连接，

优选地，所述复合土工膜与周边结构要求紧密连接，复合土工膜采用膨胀螺栓与钢板压条锚固，连接部位两侧涂刷乳化沥青粘结，乳化沥青厚度约为2mm；

优选地，所述复合土工膜与混凝土面板的连接在用锚固，需在混凝土板上定位打孔，埋入膨胀螺栓8。

复合土工膜3与混凝土面板之间通过膨胀螺栓8连接，所述的膨胀螺栓依次穿过螺栓配套垫层9、槽型钢10、丁基胶带13、复合土工膜3、丁基胶带13、橡胶垫层6，然后连接到混凝土面板。

优选地，所述复合土工膜3在铺设时，为施工方便，现将复合土工膜压于混凝土面板下，利用混凝土面板自重达到与复合土工膜紧密连接，为复合土工膜安全使用，，在混凝土面板下设一层5mm后橡胶垫层，并且，在与复合土工膜接触的混凝土面板尖角打磨光滑；

优选地，所述复合土工膜在铺设时不要拉的太紧，应留有1.5％的余幅；

优选地，复合土工膜的连接采用丁字形连接，接头采用焊接方式，复合土工之间铺设时留有10cm的搭接宽度，设两条焊缝，每条焊缝10mm宽，量焊缝之间留有10mm的空腔，用此空腔检查焊缝质量。

其中，复合土工膜与混凝土面板的连接以及复合土工膜之间的焊接，均在混凝土面板吊装到指定位置之前完成。上下游土工膜的焊接在混凝土面板吊装到位之后进行焊接，焊接完成之后，铺设在铺盖与闸基两者之间；

优选地，为施工方便，在铺盖及闸基垫层铺设时，在复合土工膜设计位置阶梯状压实；

优选地，复合土工膜的竖直铺设，为适应闸基及铺盖的不均匀沉降，土工膜在其变形的反方向褶皱铺设；由于铺盖底与闸基底之间垂直距离较小，一般在0.5m～1m之间，变形为沿自重方向，膜向上褶皱，褶皱高差为0.3m。

该施工方法包括下述步骤：

(1)原有防渗结构的基础工作：

1)闸基、铺盖垫层的铺设，闸基、铺盖底设置30cm厚粘土垫层(粘土垫层的厚度可按实际工程中工程设计计算得出)，夯击密实，保证干容重在1.5以上；

2)混凝土的浇筑；混凝土建筑一般分期分块浇筑，混凝土的强度，厚度均根据水闸设计规范中相关要求进行设计。混凝土的浇筑根据工程设计浇筑，建筑完成之后养护28天，达到要求强度。

(2)施工准备：

1)定位打孔，埋入膨胀螺栓。

闸基底板打孔位置：在距闸基上游边缘0.8～1.5m之间，混凝土边缘0.3m，间距0.15m，定位打孔，孔距埋入膨胀螺栓⑧。在此选用PVC膜，可与混凝土很好粘结，按复合土工膜与混凝土连接规范要求其连接长度按规范可控制在0.8m左右，为保证安全在此取0.8～1.5m之间(在此，此数据为根据规范所去最小安全距离，其具体数据可根据实际工程进行设计调整)；

铺盖②定位打孔位置：设在铺盖距下游边缘3m～4m之间，混凝土边缘0.3m，间距0.15m；因闸基①与铺盖②连接处的不均匀沉降，引起铺盖或是粘土层在距下游边缘一定范围内产生裂缝及剪切破坏，在该范围内铺设复合土工膜，保证铺盖在发生裂缝后不会对闸室的防渗结构有影响(其具体位置可根据实际工程中经模拟计算，确定易发生裂缝长度)。

(2)施工场地清理。

在展铺复合土工膜之前，平整工作面，并清除一切尖锐物，防止任何尖锐物会对复合土工膜造成损伤；

(3)材料准备；

因铺盖②与闸基①垫层均采用粘土垫层，在此不对复合土工膜垫层做专门砂土垫层；复合土工膜准备，包括复合土工膜的选用与土工膜铺设工程量，复合土工膜③外观上不允许有针眼、疵点和厚薄不均匀，土工布上不允许有裂口、空洞等；土工膜铺设工程量，按设计铺设面积乘以富裕系数来确定；

(4)复合土工膜与混凝土面板的连接：

复合土工膜与铺盖和闸基的连接相同的工艺，且为施工方便，复合土工膜分上下游土工膜，分别与铺盖和闸基连接。连接工艺为：首先清理锚固位置混凝土基面、复合土工膜，然后待清洁面干燥后，复合土工膜连接部位两侧丁基胶带2mm厚，采用不锈钢压条将土工膜固定在混凝土面板上，螺母拧紧；然后对复合土工膜末端采用乳化沥青密封，密封采用直角三角形14。

(5)复合土工膜铺设：

复合土工膜与铺盖连接之后，为施工方便，复合土工膜上层不设粘土或砂土设保护层，与混凝土板直接紧贴，为防止混凝土表面粗糙或是有棱角对膜造成损伤，打磨混凝土与土工膜连接位置，使混凝土表面光滑，然后混凝土面板下设5mm橡胶垫层⑥，混凝土连接部位垫层铺设，复合土工膜紧贴混凝土铺设；相邻复合土工膜铺设时有10cm重叠区，以便焊接；

(6)复合土工膜之间的焊接

根据现有焊接施工工艺进行焊接即可；(7)混凝土铺盖与闸基的吊装；

复合土工膜一端与混凝土面板螺栓连接，剩余土工膜紧贴混凝土面板，复合土工膜另一端，多余复合土工膜卷起，置于混凝土面板顶端，首先利用吊装机器将混凝土底板吊装到预定位置；应闸基底板厚度较铺盖厚度厚，闸基吊装完成后，对铺盖垫层进一步铺设，对连接部位垫层层阶梯状铺设，以便复合土工膜褶皱铺设，充分利用其抗拉特性。由于两者厚度差距不是很大，故设置一节阶梯，宽0.3m(由于两者厚度差较小，在此垫层阶梯铺设时，尽量按施工方便进行铺设)；垫层铺设，压实完成之后，对铺盖进行吊装；

(8)上下游复合土工膜的焊接；

待混凝土铺盖与闸基铺吊装完成后，土工膜长度依据工程实际设计裁剪，留有10cm重叠区域进行焊接，上下游土工膜连为一体。焊接工艺完成后，按设计有下向上铺设土工膜。

(9)复合土工膜一侧土体回填，压实，以及止水设置。

复合土工膜与混凝土面板连接面均不设上垫层，因此土体回填位置在上游铺盖与下游闸基连接处，复合土膜设30cm上垫层，其工程量很小，采用人工回填，夯实，然后对上下游混凝土块之间做止水处理，采用P型止水橡胶进行密封处理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以。

Claims (10)

1.一种用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，包括复合土工膜，所述的复合土工膜锚固在防渗结构铺盖与闸基的连接处，形成封闭式的复合土工膜结构。

2.如权利要求1所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，所述复合土工膜包括三层，从上到下依次是土工布、土工膜和土工布。

3.如权利要求1所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，所述复合土工膜在与混凝土面板连接时，分为上、下游土工膜，上游与混凝土铺盖连接，下游与混凝土闸基连接。

4.如权利要求1所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，所述的复合土工膜与混凝土面板之间通过膨胀螺栓连接，所述的膨胀螺栓依次穿过垫层、槽型钢、丁基胶带、复合土工膜、丁基胶带和橡胶垫层，然后连接到混凝土面板。

5.如权利要求4所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，复合土工膜与混凝土面板螺栓连接部位两侧涂刷乳化沥青粘结，乳化沥青厚度约为2mm。

6.如权利要求4所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，所述复合土工膜应留有1.5％的余幅；复合土工膜的连接采用丁字形连接，接头采用焊接方式，复合土工之间铺设时留有10cm的间隙。

7.如权利要求4所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，在铺盖及闸基垫层铺设时，在复合土工膜设计位置阶梯状压实。

8.如权利要求1所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，所述的土工膜在其变形的反方向褶皱铺设。

9.如权利要求8所述的用于涵闸的组合防渗结构，其特征在于，所述褶皱高差为0.3m。

10.如权利要求1所述的用于涵闸的组合防渗结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.完成原有防渗结构的基本工作；

步骤2.施工准备：在闸基底板和铺盖上打孔，且埋入膨胀螺栓；

步骤3.复合土工膜与混凝土面板的连接：

复合土工膜需与混凝土底板紧密连接，混凝土连接部位涂刷乳化沥青2mm厚，利用膨胀螺栓与钢板压条锚固复合土工膜；闸前铺盖若是混凝土铺盖，复合土工膜与闸前铺盖的连接与闸基连接工艺相同；

步骤4.复合土工膜铺设：在复合土工膜与混凝土连接部位铺设垫层，复合土工膜紧贴混凝土铺设；

步骤5.复合土工膜之间的焊接,焊接完成之后，利用目测法和充气法及时检测焊缝质量；

步骤6.混凝土铺盖与闸基的吊装；

复合土工膜一段与混凝土面板螺栓连接，剩余土工膜紧贴混凝土面板，复合土工膜另一端，多余复合土工膜卷起，置于混凝土面板顶端，首先利用吊装机器将混凝土底板吊装到预定位置；闸基底板厚度较铺盖厚度厚，闸基吊装完成后，对铺盖垫层进一步铺设，对连接部位垫层阶梯状铺设，以便复合土工膜褶皱铺设，充分利用其抗拉特性；由于两者厚度差距不是很大，故设置一节阶梯；垫层铺设，压实完成之后，对铺盖进行吊装；

步骤7.上、下游复合土工膜的焊接；

待混凝土铺盖与闸基铺吊装完成后，土工膜长度依据工程实际设计裁剪，留有10cm重叠区域进行焊接，上下游土工膜连为一体。焊接工艺完成后，按设计有下向上铺设土工膜；

步骤8.铺盖与闸基之间复合土工膜铺设；

步骤9.复合土工膜一侧土体回填，压实，以及止水设置。