CN109356101B - 超深厚覆盖层中的坝基防渗结构 - Google Patents

超深厚覆盖层中的坝基防渗结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于水利水电工程技术领域，具体公开了一种防渗性能较好的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构及其施工方法。该超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，包括悬挂式防渗墙和施工廊道；悬挂式防渗墙包括位于岸坡基岩上侧的岸坡Ⅰ期防渗墙段、位于河床上侧的河床Ⅰ期防渗墙段以及设置于岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间的Ⅱ期过渡防渗墙段。通过设置施工廊道利于在坝体填筑完成坝基覆盖层变形基本稳定后施工Ⅱ期过渡防渗墙段，使得悬挂式防渗墙主要由岸坡Ⅰ期防渗墙段、河床Ⅰ期防渗墙段和Ⅱ期过渡防渗墙段构成，能够适应在坝体自重等载荷作用下因超深厚覆盖层的不均匀沉降产生的变形，改善防渗墙的应力状态，保证其防渗性能，满足防渗安全要求。

Description

超深厚覆盖层中的坝基防渗结构
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种超深厚覆盖层中的坝基防渗结构及其施工方法。
背景技术
我国水能资源主要分布在西部地区，在对我国西部河流的水电开发过程中，大量的河床钻孔均揭示，各主要河流的河床普遍存在非常深厚的覆盖层，厚度一般为数十米至百余米，局部河段可达数百米。厚度为150m以上的覆盖层一般称之为超深厚覆盖层。混凝土防渗墙是覆盖层上建坝坝基渗流控制的最主要措施，但在超深厚覆盖层上建坝，现有的施工技术水平难以做到使防渗墙将超深厚覆盖层完全封闭。在超深厚覆盖层上修建高土石坝，一般采用一体式结构的悬挂式混凝土防渗墙进行防渗；位于岸坡基岩上侧的防渗墙部分相当于端承桩，位于河床上侧的防渗墙部分相当于摩擦桩；坝体填筑完成后，在坝体自重等载荷作用下，超深厚覆盖层产生不均匀沉降，处于岸坡到河床之间的防渗墙部分存在不均匀变形，该部分防渗墙为压应力和拉应力都集中的区域，受到的拉、压应力超过了混凝土结构的容许值，易产生破坏，导致防渗系统的防渗性能降低。
例如：某水电站拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，坝高150m，坝轴线长度超过2km，坝基覆盖层厚度超过500m，属于超深厚覆盖层，且坝基覆盖层上部是以细颗粒为主的粉细砂层，坝基防渗结构采用悬挂式防渗墙。三维有限元应力变形计算表明，在上部坝体自重等载荷的作用下坝基覆盖层产生远超一般工程的沉降量，悬挂式防渗墙被牵制向下沉降，但两岸基岩处的防渗墙因底部受到岸坡基岩约束沉降量较小，防渗墙的变形呈现河床段大，两岸小的“U”型分布，防渗墙在岸坡到河床的过渡段存在明显的不均匀变形，左右岸坡的防渗墙存在压应力和拉应力都集中的区域，防渗墙的拉、压应力均超过了混凝土结构的容许值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防渗性能较好的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，包括设置在超深厚覆盖层中的悬挂式防渗墙，所述超深厚覆盖层的厚度为150m以上；还包括设置在超深厚覆盖层上的施工廊道；
所述悬挂式防渗墙包括位于岸坡基岩上侧的岸坡Ⅰ期防渗墙段、位于河床上侧的河床Ⅰ期防渗墙段以及设置于岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间的Ⅱ期过渡防渗墙段；
所述施工廊道位于Ⅱ期过渡防渗墙段的上侧，且施工廊道的一端嵌入岸坡基岩中、另一端与河床Ⅰ期防渗墙段连接；所述Ⅱ期过渡防渗墙段正上方的施工廊道底部处设有施工预留孔。
进一步的是，所述悬挂式防渗墙的厚度为0.8～1.4m。
进一步的是，所述Ⅱ期过渡防渗墙段的长度为4～8m。
进一步的是，所述Ⅱ期过渡防渗墙段为与施工廊道的底板浇筑为一体的结构。
进一步的是，与Ⅱ期过渡防渗墙段相对应的施工廊道的廊道段两端均设有结构缝，所述结构缝内设置有止水结构。
进一步的是，所述河床Ⅰ期防渗墙段的上端穿出超深厚覆盖层，所述施工廊道的端部与河床Ⅰ期防渗墙段的穿出部分相连。
进一步的是，还包括黏土层，所述黏土层覆盖设置在河床Ⅰ期防渗墙段穿出部分的外表面及施工廊道的外表面上。
进一步的是，所述黏土层由塑性指数为15以上的黏土填筑而成。
本发明还提供了一种能够有效改善防渗墙所受应力状态，保证其防渗性能的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构的施工方法，用于施工任意一种上述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构；包括下列步骤：
a、分别在岸坡基岩和河床上侧的超深厚覆盖层内施工岸坡Ⅰ期防渗墙段和河床Ⅰ期防渗墙段，所述河床Ⅰ期防渗墙段的上端穿出超深厚覆盖层；
b、在超深厚覆盖层上的建基面上修筑施工廊道，并使施工廊道分别与岸坡Ⅰ期防渗墙段和河床Ⅰ期防渗墙段刚性连接，且在岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间部位正上方的施工廊道底部处设置施工预留孔；
c、在河床Ⅰ期防渗墙段穿出部分的外表面及施工廊道的外表面上覆盖设置黏土形成黏土层；
d、填筑坝体，待坝体填筑完成之后，在蓄水之前，通过施工廊道底部的施工预留孔在岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间施工Ⅱ期过渡防渗墙段，使得岸坡Ⅰ期防渗墙段、河床Ⅰ期防渗墙段和Ⅱ期过渡防渗墙段连为一体构成悬挂式防渗墙。
进一步的是，步骤b中，与岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间部位相对应的施工廊道的廊道段两端均设有结构缝，所述结构缝内设置有止水结构。
本发明的有益效果是：通过设置施工廊道利于在坝体填筑完成坝基覆盖层变形基本稳定后施工Ⅱ期过渡防渗墙段，使得该坝基防渗结构中的悬挂式防渗墙主要由岸坡Ⅰ期防渗墙段、河床Ⅰ期防渗墙段和Ⅱ期过渡防渗墙段构成，能够适应在坝体自重等载荷作用下因超深厚覆盖层的不均匀沉降产生的变形，改善防渗墙的应力状态，保证了防渗性能，满足防渗安全要求。该超深厚覆盖层中的坝基防渗结构的施工方法，通过先施工岸坡Ⅰ期防渗墙段和河床Ⅰ期防渗墙段，再修筑施工廊道并填筑坝体，在坝体填筑过程中，超深厚覆盖层中的河床Ⅰ期防渗墙段向下沉降，随着坝体填筑接近坝顶或达到坝顶高程，河床Ⅰ期防渗墙段的沉降趋于稳定，最后通过施工廊道底部的施工预留孔在岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间施工Ⅱ期过渡防渗墙段；由于施工Ⅱ期过渡防渗墙段前岸坡Ⅰ期防渗墙段与河床Ⅰ期防渗墙段之间的不均匀沉降已经基本完成，因此按本发明方法施工的坝基防渗结构能够克服因超深厚覆盖层的不均匀沉降引起的防渗墙应力集中问题，大大改善悬挂式防渗墙的应力状态，保证了防渗系统的可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明中超深厚覆盖层中的坝基防渗结构的实施结构示意图；
图2是沿图1中A-A线的剖视图；
图3是沿图1中B-B线的剖视图；
图4是沿图1中C-C线的剖视图；
图中标记为：超深厚覆盖层100、建基面110、岸坡Ⅰ期防渗墙段210、河床Ⅰ期防渗墙段220、Ⅱ期过渡防渗墙段230、施工廊道300、施工预留孔310、结构缝320、岸坡基岩400、河床500、黏土层600。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
结合图1、图2和图4所示，超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，包括设置在超深厚覆盖层100中的悬挂式防渗墙，所述超深厚覆盖层100的厚度为150m以上；还包括设置在超深厚覆盖层100上的施工廊道300；
所述悬挂式防渗墙包括位于岸坡基岩400上侧的岸坡Ⅰ期防渗墙段210、位于河床500上侧的河床Ⅰ期防渗墙段220以及设置于岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间的Ⅱ期过渡防渗墙段230；
所述施工廊道300位于Ⅱ期过渡防渗墙段230的上侧，且施工廊道300的一端嵌入岸坡基岩400中、另一端与河床Ⅰ期防渗墙段220连接；所述Ⅱ期过渡防渗墙段230正上方的施工廊道300底部处设有施工预留孔310。
其中，悬挂式防渗墙通常为混凝土防渗墙，其厚度优选为0.8～1.4m；岸坡Ⅰ期防渗墙段210和河床Ⅰ期防渗墙段220通常在坝体填筑前完成施工，岸坡Ⅰ期防渗墙段210处于岸坡基岩400上侧的超深厚覆盖层100内，河床Ⅰ期防渗墙段220处于河床500上侧的超深厚覆盖层100内；Ⅱ期过渡防渗墙段230一般在坝体填筑完成之后，且在蓄水之前，完成施工；施工Ⅱ期过渡防渗墙段230需满足蓄水工况下混凝土防渗墙达到设计强度所需的时间要求。由于悬挂式防渗墙为主要由岸坡Ⅰ期防渗墙段210、河床Ⅰ期防渗墙段220和Ⅱ期过渡防渗墙段230构成的分体式结构，且Ⅱ期过渡防渗墙段230属于后期施工，因此能够适应在坝体自重等载荷作用下因超深厚覆盖层100的不均匀沉降产生的变形，保证其防渗性能。
为了在保证悬挂式防渗墙防渗性能的基础上方便后期施工，优选将Ⅱ期过渡防渗墙段230设计为4～8m。Ⅱ期过渡防渗墙段230的具体长度可根据实际河道中岸坡基岩400与河床500之间的过度部位长度进行确定。
施工廊道300主要用于施工Ⅱ期过渡防渗墙段230，其还可以用于运行期间对悬挂式防渗墙监测、检修和维护；通常在岸坡基岩400内开挖岸坡灌浆平洞，施工廊道300的一端与岸坡灌浆平洞相连，且连接部位处设置有止水结构；岸坡灌浆平洞一般包括左岸灌浆平洞和右岸灌浆平洞。施工预留孔310用于灌浆施工Ⅱ期过渡防渗墙段230，一般岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间部位正上方的施工廊道300底部处的底板先不浇筑，待完成Ⅱ期过渡防渗墙段230施工后再浇筑，将施工廊道300的底板与Ⅱ期过渡防渗墙段230浇筑为一体式结构。
为了使得施工廊道300能够适应在坝体自重等载荷作用下的变形，如图1和图4所示，与Ⅱ期过渡防渗墙段230相对应的施工廊道300的廊道段两端均设有结构缝320，所述结构缝320内设置有止水结构。止水结构可以为多种，例如：止水带、止水片、止水带和止水片相结合的结构等。通过设置具有止水结构的结构缝320，能够在超深厚覆盖层产生不均匀沉降时，使得施工廊道300具有一定的适应变形能力，不易产生破坏，保障了施工廊道300的防渗性能，满足防渗安全要求。
为了便于连接，再如图1和图3，所述河床Ⅰ期防渗墙段220的上端穿出超深厚覆盖层100，所述施工廊道300的端部与河床Ⅰ期防渗墙段220的穿出部分相连。河床Ⅰ期防渗墙段220的穿出部分通常还插入坝体心墙进行连接，河床Ⅰ期防渗墙段220的上端一般设置为楔形，插入坝体心墙的深度为6～15m。
作为本发明的一种优选方案，结合图1、图2和图3所示，该超深厚覆盖层中的坝基防渗结构还包括黏土层600，所述黏土层600覆盖设置在河床Ⅰ期防渗墙段220穿出部分的外表面及施工廊道300的外表面上。黏土层600一方面可以保护河床Ⅰ期防渗墙段220穿出部分及施工廊道300，以避免直接与渗透性较强的过渡料相接，保证挡水性，另一方面可以协调坝体心墙与河床Ⅰ期防渗墙段220及坝体心墙与施工廊道300之间的不均匀变形，提高防渗可靠性和安全性；黏土层600一般采用高塑性黏土进行填筑，优选由塑性指数为15以上的黏土填筑而成。
超深厚覆盖层中的坝基防渗结构的施工方法，用于施工任意一种上述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构；包括下列步骤：
a、分别在岸坡基岩400和河床500上侧的超深厚覆盖层100内施工岸坡Ⅰ期防渗墙段210和河床Ⅰ期防渗墙段220，所述河床Ⅰ期防渗墙段220的上端穿出超深厚覆盖层100；
b、在超深厚覆盖层100上的建基面110上修筑施工廊道300，并使施工廊道300分别与岸坡Ⅰ期防渗墙段210和河床Ⅰ期防渗墙段220刚性连接，且在岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间部位正上方的施工廊道300底部处设置施工预留孔310；为了使得施工廊道300能够适应在坝体自重等载荷作用下的变形，该步骤中，与岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间部位相对应的施工廊道300的廊道段两端均设有结构缝320，所述结构缝320内设置有止水结构；
c、在河床Ⅰ期防渗墙段220穿出部分的外表面及施工廊道300的外表面上覆盖设置黏土形成黏土层600；
d、填筑坝体，待坝体填筑完成之后，在蓄水之前，通过施工廊道300底部的施工预留孔310在岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间施工Ⅱ期过渡防渗墙段230，使得岸坡Ⅰ期防渗墙段210、河床Ⅰ期防渗墙段220和Ⅱ期过渡防渗墙段230连为一体构成悬挂式防渗墙。
实施例
某坝基防渗结构，包括设置在超深厚覆盖层100中的悬挂式防渗墙，超深厚覆盖层100的厚度为500m，悬挂式防渗墙的厚度为1.4m，悬挂式防渗墙最深部位处于建基面110以下150m；还包括设置在超深厚覆盖层100上的施工廊道300，以及黏土层600；
悬挂式防渗墙包括位于岸坡基岩400上侧的岸坡Ⅰ期防渗墙段210、位于河床500上侧的河床Ⅰ期防渗墙段220以及设置于岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间的Ⅱ期过渡防渗墙段230；河床Ⅰ期防渗墙段220的上端穿出超深厚覆盖层100；Ⅱ期过渡防渗墙段230是与施工廊道300的底板浇筑为一体的结构,Ⅱ期过渡防渗墙段230的长度为6m；
施工廊道300位于Ⅱ期过渡防渗墙段230的上侧，且施工廊道300的一端嵌入岸坡基岩400中、另一端与河床Ⅰ期防渗墙段220的穿出部分相连；Ⅱ期过渡防渗墙段230正上方的施工廊道300底部处设有施工预留孔310；与Ⅱ期过渡防渗墙段230相对应的施工廊道300的廊道段两端均设有结构缝320，结构缝320内设置有止水结构；
黏土层600覆盖设置在河床Ⅰ期防渗墙段220穿出部分的外表面及施工廊道300的外表面上；黏土层600由塑性指数为15以上的黏土填筑而成。
三维有限元应力变形计算表明，在上部坝体自重等载荷的作用下坝基覆盖层产生远超一般工程的沉降量，悬挂式防渗墙被牵制向下沉降，岸坡Ⅰ期防渗墙段210因底部受到岸坡基岩400约束沉降量较小，河床Ⅰ期防渗墙段220的沉降量较大，施工Ⅱ期过渡防渗墙段230前岸坡Ⅰ期防渗墙段210与河床Ⅰ期防渗墙段220之间的不均匀沉降已经基本完成，Ⅱ期过渡防渗墙段230受到的压应力和拉应力较小，未超过混凝土结构的容许值，运行安全可靠。

Claims (10)

1.超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，包括设置在超深厚覆盖层(100)中的悬挂式防渗墙，所述超深厚覆盖层(100)的厚度为150m以上；其特征在于：还包括设置在超深厚覆盖层(100)上的施工廊道(300)；
所述悬挂式防渗墙包括位于岸坡基岩(400)上侧的岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)、位于河床(500)上侧的河床Ⅰ期防渗墙段(220)以及设置于岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)与河床Ⅰ期防渗墙段(220)之间的Ⅱ期过渡防渗墙段(230)；
所述施工廊道(300)位于Ⅱ期过渡防渗墙段(230)的上侧，且施工廊道(300)的一端嵌入岸坡基岩(400)中、另一端与河床Ⅰ期防渗墙段(220)连接；所述Ⅱ期过渡防渗墙段(230)正上方的施工廊道(300)底部处设有施工预留孔(310)。
2.如权利要求1所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：所述悬挂式防渗墙的厚度为0.8～1.4m。
3.如权利要求1所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：所述Ⅱ期过渡防渗墙段(230)的长度为4～8m。
4.如权利要求1所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：所述Ⅱ期过渡防渗墙段(230)为与施工廊道(300)的底板浇筑为一体的结构。
5.如权利要求1所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：与Ⅱ期过渡防渗墙段(230)相对应的施工廊道(300)的廊道段两端均设有结构缝(320)，所述结构缝(320)内设置有止水结构。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：所述河床Ⅰ期防渗墙段(220)的上端穿出超深厚覆盖层(100)，所述施工廊道(300)的端部与河床Ⅰ期防渗墙段(220)的穿出部分相连。
7.如权利要求6所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：还包括黏土层(600)，所述黏土层(600)覆盖设置在河床Ⅰ期防渗墙段(220)穿出部分的外表面及施工廊道(300)的外表面上。
8.如权利要求7所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构，其特征在于：所述黏土层(600)由塑性指数为15以上的黏土填筑而成。
9.超深厚覆盖层中的坝基防渗结构的施工方法，其特征在于：用于施工权利要求1至8中任意一项所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构；包括下列步骤：
a、分别在岸坡基岩(400)和河床(500)上侧的超深厚覆盖层(100)内施工岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)和河床Ⅰ期防渗墙段(220)，所述河床Ⅰ期防渗墙段(220)的上端穿出超深厚覆盖层(100)；
b、在超深厚覆盖层(100)上的建基面(110)上修筑施工廊道(300)，并使施工廊道(300)分别与岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)和河床Ⅰ期防渗墙段(220)刚性连接，且在岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)与河床Ⅰ期防渗墙段(220)之间部位正上方的施工廊道(300)底部处设置施工预留孔(310)；
c、在河床Ⅰ期防渗墙段(220)穿出部分的外表面及施工廊道(300)的外表面上覆盖设置黏土形成黏土层(600)；
d、填筑坝体，待坝体填筑完成之后，在蓄水之前，通过施工廊道(300)底部的施工预留孔(310)在岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)与河床Ⅰ期防渗墙段(220)之间施工Ⅱ期过渡防渗墙段(230)，使得岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)、河床Ⅰ期防渗墙段(220)和Ⅱ期过渡防渗墙段(230)连为一体构成悬挂式防渗墙。
10.如权利要求9所述的超深厚覆盖层中的坝基防渗结构的施工方法，其特征在于：步骤b中，与岸坡Ⅰ期防渗墙段(210)与河床Ⅰ期防渗墙段(220)之间部位相对应的施工廊道(300)的廊道段两端均设有结构缝(320)，所述结构缝(320)内设置有止水结构。
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