CN108532543B - 大坝上游基坑辅助防渗铺层结构 - Google Patents

大坝上游基坑辅助防渗铺层结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，属于水利水电工程领域，提供一种可更有效地利用防渗帷幕以及坝基基岩“自愈能力”的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，包括大坝坝体和防渗帷幕，所述防渗帷幕设置在大坝坝体的下方，并且防渗帷幕的上端与大坝坝体的下端相连，在大坝坝体上游侧的基坑底部铺设有防渗铺层，并且所述防渗铺层与大坝坝体的上游侧坝面相接。本发明通过设置防渗铺层，可由防渗铺层内的“颗粒”物质对防渗帷幕区域以及坝基基岩内的岩体裂隙在渗水过程中进行充填，因此可为防渗帷幕以及坝基基岩的“自愈能力”提供有利条件，提高防渗系统的实际防渗效果，进而最终降低大坝整体的渗水流量。

Description

大坝上游基坑辅助防渗铺层结构
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种大坝上游基坑辅助防渗铺层结构。
背景技术
目前一般大坝的防渗主要依靠在坝基内设置的防渗帷幕或防渗墙来实现。防渗帷幕或防渗墙是指在大致沿大坝轴线方向上的大坝基础以下以及两岸山体坝基以内的部位通过钻设灌浆孔然后灌浆来形成一道防渗结构，通过向基础岩体内部灌注水泥浆液填充岩体裂隙，以堵塞高压水库水的透水通道或增加渗径的方式达到防渗目的，其防渗效果由灌浆效果和帷幕深度等因素决定。
在工程实际观测中发现，大多数工程的坝后渗流量在一段时间之后均有一定程度的减小，也就是说防渗帷幕以及坝基基岩等具有一定程度的“自愈能力”。分析其原因，应该是库水在流经岩体裂隙时因水中携带的“颗粒”物质堵塞了部分渗水通道，进而降低了渗水流量。然而，目前对于如何提高防渗帷幕以及坝基基岩的“自愈能力”的研究甚少，导致对防渗帷幕以及坝基基岩“自愈能力”的有效利用不够充分。因此，有必要对此进行针对性探索和研究。
另外，对于200m左右的高拱坝，受坝基固结灌浆和接缝灌浆进度影响，经常出现拱坝基本建成而不能蓄水的情况，而拱坝是一个向上游倒悬的结构，空库可能出现拱坝坝趾受拉，坝体“前倾”的不利情况，容易对坝体造成损害。
另外，上游坝踵部位的温度场较为复杂，坝体混凝土温度、坝基地温与库底水温的温度梯度较大，导致该部位产生较大温度荷载，进而使该部位容易出现的较大的应力可能进一步恶化；对大坝结构安全造成不利影响。
发明内容
本发明解决的技术问题是：对防渗帷幕以及坝基基岩“自愈能力”的利用不够充分的问题；以提供一种可更有效地利用防渗帷幕以及坝基基岩“自愈能力”的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，并最终提高大坝整体的防渗能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，包括大坝坝体和防渗帷幕，所述防渗帷幕设置在大坝坝体的下方，并且防渗帷幕的上端与大坝坝体的下端相连，在大坝坝体上游侧的基坑底部铺设有防渗铺层，并且所述防渗铺层与大坝坝体的上游侧坝面相接。
进一步的是：所述防渗铺层由下至上依次包括第一铺层、第二铺层和压重铺层；所述第一铺层为第一砂土铺层，所述第二铺层为粉煤灰铺层或石粉铺层。
进一步的是：所述压重铺层由下至上依次包括第三铺层、第四铺层和第五铺层；所述第三铺层为第二砂土铺层，所述第四铺层为无纺土工布铺层，所述第五铺层为石渣铺层。
进一步的是：所述第一铺层的厚度不低于防渗铺层总厚度的一半。
进一步的是：所述第二铺层的厚度为2m-3m。
进一步的是：所述第四铺层为至少一层无纺土工布。
进一步的是：所述第五铺层的厚度不低于3m。
进一步的是：所述压重铺层由下至上依次包括第三铺层、第四铺层和第五铺层；所述第三铺层为无纺土工布铺层，所述第四铺层为第二砂土铺层，所述第五铺层为石渣铺层
进一步的是：所述防渗铺层为砂土铺层。
进一步的是：所述防渗帷幕由防渗墙代替。
本发明的有益效果是：本发明通过设置防渗铺层，可由防渗铺层内的“颗粒”物质对防渗帷幕区域以及坝基基岩内的岩体裂隙在渗水过程中进行封堵，因此可为防渗帷幕区域以及坝基基岩的“自愈能力”提供更有利的条件，提高其自愈后的防渗效果，进而最终降低大坝整体的渗水流量。另外，还可通过采用第一砂土铺层和粉煤灰铺层或石粉铺层的铺层设置，这样可首先通过相对粒径更粗的砂土对岩体裂隙进行初次封堵，然后再由相对粒径更细的粉煤灰或石粉等进行二次封堵，可进一步提高对岩体裂隙的封堵效果，进而进一步提高大坝整体的防渗效果。
附图说明
图1为本发明所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构的截面示意图；
图中标记为：大坝坝体1、防渗帷幕2、上游侧坝面3、第一铺层4、第二铺层5、第三铺层6、第四铺层7、第五铺层8、坝基基岩9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1中所示，本发明所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，包括大坝坝体1和防渗帷幕2，所述防渗帷幕2设置在大坝坝体1的下方，并且防渗帷幕2的上端与大坝坝体1的下端相连，在大坝坝体1上游侧的基坑底部铺设有防渗铺层，并且所述防渗铺层与大坝坝体1的上游侧坝面3相接。其中，防渗帷幕2为主要的防渗结构；不是一般性，防渗帷幕2也可以由防渗墙代替。
本发明中的防渗铺层，为铺设在大坝坝体1上游侧的基坑底部，如附图1中所示。通常防渗铺层在铺设后呈平面层状结构，并且其铺设后将与大坝坝体1的上游侧坝面3相接，防渗铺层的其余边沿与大坝上游的开挖线相接以及与河道两岸的岸边相接即可。另外，由于通常情况下在大坝坝体1的根部位置处的坝基基岩9开挖深度最深，并且越往上游，其开挖深度越浅，即参照附图1中所示：在大坝坝体的上游，沿水流方向，其开挖线呈向下的倾斜走向，并且开挖线理论上可以是倾斜下降的斜坡结构也可以是阶梯下降结构，如图1中所示的具体示例中其开挖线呈阶梯下降结构。在这种情况下，防渗铺层从下至上所对应的平铺面积将逐渐增大。
其中，本发明中防渗铺层的作用是通过向基坑底部铺设具有一定粒径范围内的“颗粒”物质，进而在大坝蓄水后的渗流过程中，由防渗铺层内的“颗粒”物质起到对岩体裂隙的封堵作用，进而为防渗帷幕以及坝基基岩的“自愈能力”提供有利条件，提高其自愈后的防渗效果，并最终降低大坝整体的渗水流量。本申请中防渗铺层可以采用单层结构，也可采用复合层结构，如防渗铺层可整体仅设置一层砂土铺层。
更具体的，为了提高防渗铺层的效果，优选设置防渗铺层为复合层结构，如参照附图1中所示，所述防渗铺层由下至上可依次设置为第一铺层4、第二铺层5和压重铺层；所述第一铺层4为第一砂土铺层，所述第二铺层5为粉煤灰铺层或石粉铺层。其中第一铺层4采用砂土铺层，即由砂土铺设后形成的一层铺层结构，其目的是利用砂土铺层中一定粒径范围内的颗粒物对岩体裂隙进行初次的封堵作用；而第二铺层3中采用为粉煤灰铺层或石粉铺层，即由粉煤灰或者石粉铺设后形成的一层铺层结构；其目的是为利用粉煤灰或者石粉中相对于砂土的粒径更小的颗粒物，这样当砂土铺层内的较大颗粒物对岩体裂隙进行初次封堵作用后，可再由更小粒径的颗粒物进行二次封堵，以进一步提高对岩体裂隙的封堵作用。而压重铺层的目的主要是用于对相应的第一铺层4和第二铺层5进行重力施压，以降低下方的粉煤灰铺层或石粉铺层以及第一砂土铺层等在水下因受到扰动而向上游方向浮动的情况。
当然，不失一般性，上述的第一铺层4、第二铺层5除了可采用对应的砂土铺层或者粉煤灰铺层以及石粉铺层外，也可由能够达到相应效果的其它材料铺层结构代替。
理论上，压重铺层可以采用各种铺层材料进行铺层设置，例如可仅采用一层石渣铺层。但是，为了提高对第一铺层4和第二铺层5的压重作用，同时避免粉煤灰或者石粉等向上穿过压重铺层，本发明优选采用如下具体设置：参照附图1中所示，所述压重铺层由下至上依次包括第三铺层6、第四铺层7和第五铺层8；所述第三铺层6为第二砂土铺层，所述第四铺层7为无纺土工布铺层，所述第五铺层8为石渣铺层。其中，第二砂土铺层的作用主要是起到过渡作用；而无纺土工布铺层则主要是为了起到更好的隔离作用，以防止粉煤灰或者石粉等向上移动；而石渣铺层则主要是为了提供较大的压重作用以向下方各层提供足够的重力压力和抗扰动作用。当然，不失一般性，上述第三铺层6采用的第二砂土铺层和第四铺层所采用的无纺土工布铺层可交换设置；即将第三铺层6设置为无纺土工布铺层，将第四铺层7设置为第二砂土铺层。
本发明中的辅助防渗铺层结构可作为现有大坝基础防渗结构的补充或者辅助结构，即可在原有以防渗帷幕或者防渗墙为主体防渗结构的基础上，再向上游基坑铺填用以提高防渗帷幕以及坝基基岩“自愈能力”的防渗铺层结构，由此可形成主-辅的联合防渗结构，最终达到提高大坝整体防渗效果的目的。
另外，本发明由于在上游基坑内铺设有相应厚度的防渗铺层结构，因此对于高拱坝的施工而言，在大坝蓄水前，还可通过防渗铺层结构对坝体起到一定的支撑效果，进而可降低在空库情况下出现拱坝坝趾受拉的风险，并降低对坝体造成的损害。
另外，本发明由于在上游坝踵前铺填了砂土等材料，因此可以对坝基附近的上游坝面起到一定的“保温”作用，大坝运行期上游坝面温度将比原来的库底水温有所升高，可以减小该部位的温度梯度，有利于减小该部位出现的拉应力。
另外，一般情况下，本发明对于各铺层的厚度并没有严格限制。为了达到更佳的效果，本发明中可优选采用如下设置：
设置第一铺层4的厚度不低于防渗铺层总厚度的一半。
设置第二铺层5的厚度为2m-3m。
设置第四铺层7为至少一层无纺土工布。
设置第五铺层8的厚度不低于3m。
如，以防渗铺层总厚度为32m为例，由下至上依次设置第一砂土铺层厚度为22m，设置粉煤灰铺层后者石粉铺层厚度为2m，设置第二砂土铺层厚度为5m，设置两层无纺土工布层，设置石渣铺层厚度为3m。

Claims (10)

1.大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，包括大坝坝体(1)和防渗帷幕(2)，所述防渗帷幕(2)设置在大坝坝体(1)的下方，并且防渗帷幕(2)的上端与大坝坝体(1)的下端相连，其特征在于：在大坝坝体(1)上游侧的基坑底部铺设有防渗铺层，并且所述防渗铺层与大坝坝体(1)的上游侧坝面(3)相接。
2.如权利要求1所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述防渗铺层由下至上依次包括第一铺层(4)、第二铺层(5)和压重铺层；所述第一铺层(4)为第一砂土铺层，所述第二铺层(5)为粉煤灰铺层或石粉铺层。
3.如权利要求2所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述压重铺层由下至上依次包括第三铺层(6)、第四铺层(7)和第五铺层(8)；所述第三铺层(6)为第二砂土铺层，所述第四铺层(7)为无纺土工布铺层，所述第五铺层(8)为石渣铺层。
4.如权利要求3所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述第一铺层(4)的厚度不低于防渗铺层总厚度的一半。
5.如权利要求3所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述第二铺层(5)的厚度为2m-3m。
6.如权利要求3所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述第四铺层(7)为至少一层无纺土工布。
7.如权利要求3所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述第五铺层(8)的厚度不低于3m。
8.如权利要求2所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述压重铺层由下至上依次包括第三铺层(6)、第四铺层(7)和第五铺层(8)；所述第三铺层(6)为无纺土工布铺层，所述第四铺层(7)为第二砂土铺层，所述第五铺层(8)为石渣铺层。
9.如权利要求1所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述防渗铺层为砂土铺层。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的大坝上游基坑辅助防渗铺层结构，其特征在于：所述防渗帷幕由防渗墙代替。
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