CN109371918B - 具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构及其施工方法。本发明的目的是提供一种施工方便、成本较低的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构及其施工方法，以实现施工导流功能、基坑反向排水功能、坝体永久排水功能和坝体渗水收集与量测功能。本发明的技术方案是：该坝结构具有设置于河道上的混凝土面板堆石坝坝体，坝体上游河道上布置截流围堰，截流围堰上游的河道依次经进水渠、混凝土竖井、排水箱涵和出水渠连通坝体下游河道，其中排水箱涵布置于坝体的坝基面以下且横穿所述坝体。本发明适用于导流规模较小且河床推移质泥沙不多的混凝土面板堆石坝工程的施工导流和坝体排水，如集雨面积较小的抽水蓄能电站上水库。

Description

具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构及其施工方法。适用于导流规模较小且河床推移质泥沙不多的混凝土面板堆石坝工程的施工导流和坝体排水，如集雨面积较小的抽水蓄能电站上水库。

背景技术

混凝土面板堆石坝施工导流一般采用围堰加导流隧洞的方案，而抽水蓄能电站上水库集雨面积一般较小，导流洪水的规模较小，采用隧洞导流虽然可靠，但是费用相对较高。

众所周知，混凝土面板堆石坝由于趾板基坑相对较低，施工期一般都存在反向渗压问题，尤其是面板浇筑后。因此需要采取可靠的反向排水设施，但目前采用的反向排水设施构造相对复杂，施工质量控制要求较为严格，而且需要在铺盖施工前进行封堵，并采取临时压重措施。

同时，对于大坝永久运行而言，也存在排水和渗流量监测要求。目前混凝土面板堆石坝渗流监测基本都是在下游坝脚设置挡墙和量水堰进行渗漏水的收集和量测，但这种方法存在受外部降雨影响大的问题。

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，提供一种施工方便、成本较低的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构及其施工方法，以实现施工导流功能、基坑反向排水功能、坝体永久排水功能和坝体渗水收集与量测功能。

本发明所采用的技术方案是：一种具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：具有设置于河道上的混凝土面板堆石坝坝体，坝体上游河道上布置截流围堰，截流围堰上游的河道依次经进水渠、混凝土竖井、排水箱涵和出水渠连通坝体下游河道，其中排水箱涵布置于坝体的坝基面以下且横穿所述坝体；

在所述坝体的趾板下游的趾板基坑内设有与所述排水箱涵连通的基坑排水机构；

所述坝体的坝基面上沿该坝体的坝轴线设有一道挡水墙，该挡水墙与河道的两岸相连，在挡水墙上游形成坝体渗漏水收集区域；所述排水箱涵上对应所述坝体渗漏水收集区域设有若干连通内外的排水孔，排水孔设置于排水箱涵的内部最高水位以上部位；所述排水箱涵的底板上设有从与所述坝体渗漏水收集区域对应部位延伸至排水箱涵出口的渗漏水排水沟，渗漏水排水沟的出水端安装量水堰；

所述混凝土竖井上端对应其进水口设有闸门，所述趾板下方的排水箱涵内设有封堵体。

所述基坑排水机构包括开设于趾板下游的趾板基坑内且平行趾板线的集水槽，集水槽内放置排水花管并回填卵石料，排水花管连通所述排水箱涵。

所述排水花管外包不锈钢滤网。

所述集水槽上部依次填筑碎石垫层和过渡层。

所述排水箱涵从其进水端到出水端依次分为导流段箱涵、封堵段箱涵、排水段箱涵和输水段箱涵，其中封堵段箱涵位于坝体的趾板及趾板基坑下方，所述排水段箱涵一端与所述封堵段箱涵衔接，排水段箱涵的另一端延伸至所述挡水墙下方并与所述输水段箱涵衔接，该排水段箱涵上设有所述排水孔，排水段箱涵上部依次填筑碎石垫层和过渡层。

所述导流段箱涵顶部铺设堆石料。

所述排水箱涵每隔10～20m设置一道结构缝，结构缝采用紫铜片止水。

所述排水箱涵内设有从所述排水孔引导至所述渗漏水排水沟的排水管。

坝轴线上游的所述排水箱涵的底板上贴边布置有两条所述渗漏水排水沟，并在过坝轴线后合成一条。

一种所述大坝结构的施工方法，其特征在于：

根据施工导流要求，坝基范围内河床沿线的地形地质条件，进行混凝土竖井和排水箱涵的槽挖；

修建排水箱涵和混凝土竖井；

进行进水渠、出水渠开挖施工；

选择枯水期施工截流围堰，在截流围堰下游形成干地施工环境，期间通过进水渠、混凝土竖井、排水箱涵和出水渠过水；

进行排水箱涵防护，根据排水箱涵的设计运行条件以及与施工爆破区的相对位置关系，采取相应的保护措施；

进行趾板基坑和坝基开挖施工，其中趾板基坑爆破施工必须在上述排水箱涵保护工作完成的基础上进行；

趾板基坑开挖至设计断面后，将其下方相应排水箱涵上的保护措施去除并回填混凝土至趾板基础面高程，并与两侧开挖面平顺衔接；

进行趾板基坑内的基坑排水机构施工；

进行坝轴线部位挡水墙施工；

按设计要求进行混凝土面板堆石坝坝体施工；

混凝土面板堆石坝坝体施工结束后进行一期封堵，采用混凝土竖井上的闸门封堵混凝土竖井进水口；

在一期封堵的条件下，进行趾板下部排水箱涵的基础灌浆11施工；

灌浆施工完成后，进行箱涵二期永久封堵施工，采用微膨胀混凝土封堵排水箱涵的坝体趾板下方位置，形成封堵体；.

坝轴线部位排水箱涵基础进行灌浆施工，坝轴线上游部分排水箱涵的排水孔上安装引导至渗漏水排水沟的排水管，渗漏水排水沟上安装量水堰。

本发明的有益效果是：本发明利用抽水蓄能电站导流流量小的特点，于坝基内槽挖浇筑混凝土箱涵形成排水箱涵，并结合坝体施工期和永久运行排水要求，利用箱涵进行渗水收集，进行永临结合、综合利用，从而达到简化施工、优化运行、节省投资的多重效益，适用于导流规模小的河床纵坡相对较大的面板堆石坝工程。

附图说明

图1为实施例的平面布置图。

图2为实施例中沿河床方向的纵剖面图。

图3为实施例中趾板上游箱涵典型结构图。

图4为实施例中趾板区箱涵典型结构图。

图5为实施例中趾板下游基坑排水部位箱涵典型结构图。

图6为实施例中坝轴线上游箱涵典型结构图。

图7为实施例中坝轴线下游箱涵典型结构图。

图8为实施例中坝轴线部位(挡水墙处)的典型结构图。

图9为实施例中坝轴线部位箱涵内部的渗漏水排水沟平面布置图。

图10为实施例中箱涵一期临时封堵结构图。

图11为实施例中箱涵二期永久封堵结构图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例为一种具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，具有设置于河道1上的混凝土面板堆石坝坝体2，在坝体2的坝基及其上下游一段范围内，通过在岩石坝基内槽挖基础，布置一条横穿坝基的排水箱涵6。排水箱涵6的上游端和下游端靠岸边布置，并从趾板10基础面最低的河床部位穿过，其余部位根据沿途的地形地质条件和施工条件布置，并保证适当的排水坡度。排水箱涵6上游端通过一个混凝土竖井5形成进水口，上游进水口经进水渠4连通坝体2上游河道1，排水箱涵6下游出水口经出水渠7连通坝体2下游河道1。在坝体2上游、进水渠4的进口下游侧的河道1上填筑截流围堰3，壅高水位，使河道1里的水通过进水渠4，经混凝土竖井5、排水箱涵6、出水渠7进入坝体2下游河道1内，为坝体2提供干地施工条件(根据具体的地形地质条件研究是否需要设置下游围堰)。当河床推移质泥沙问题较突出时，需在进水渠4内设置拦沙坎等设施。

本实施例中混凝土竖井5进口采用槽挖后混凝土整体浇筑结构，并在混凝土竖井5上端进口的下游侧设置一道挡墙9，挡墙9两侧与岸坡基岩连接，挡墙9的墙顶高程与截流围堰3顶高程相同。

本例中排水箱涵6从其进水端到出水端依次分为导流段箱涵6-1、封堵段箱涵6-2、排水段箱涵6-3和输水段箱涵6-4，其中导流段箱涵6-1位于坝体2的趾板10上游，导流段箱涵6-1上游端衔接混凝土竖井5的下端出口；封堵段箱涵6-2位于趾板基坑下方；排水段箱涵6-3一上游端与封堵段箱涵6-2衔接，下游端延伸至坝体2的坝轴线位置；输水段箱涵6-4上游端衔接排水段箱涵6-3，下游端衔接出水渠7。本实施例中排水箱涵6每隔10～20m设置一道结构缝，缝内设置紫铜片止水，混凝土施工缝均按防渗结构要求进行缝面处理。

如图3所示，导流段箱涵6-1内控尺寸适当大于设计断面要求，外部结合开挖体型设计，结构混凝土标号不低于C20，最薄部位不小于50cm，采用双层双向钢筋网。导流段箱涵6-1外部填筑堆石料13作为施工爆破防护。

如图4、图5所示，封堵段箱涵6-2的内壁与外侧开挖面之间采用混凝土回填，最薄部位厚度不小于1.0m，混凝土等级与趾板10混凝土等级相同，并采用双层向钢筋网。封堵段箱涵6-2的与趾板10对应部位顶部低于趾板基坑底部高程不小于1.0m。封堵段箱涵6-2在进行基坑爆破前采用回填堆石料13进行临时防护，爆破施工结束后进行清理，采用同标号混凝土回填至趾板10的基础面。

如图6～图9所示，排水段箱涵6-3和输水段箱涵6-4内部尺寸为导流设计断面尺寸，混凝土等级不低于C25，厚度不低于50cm，采用双层双向钢筋网，排水段箱涵6-3的廊道两侧在其内最高水位线以上0.2～0.5m以上部位设置若干连通其内外的排水孔20，排水段箱涵6-3和输水段箱涵6-4外侧依次填筑碎石垫层18、过渡层19。

如图10所示，混凝土竖井5上端对应其进水口设有闸门22，一期封堵采用闸门22(或钢板+现浇混凝土封堵体23)对混凝土竖井5进行封堵，闸门22(或钢板+现浇混凝土封堵体23)的承受水头及水封设计等根据临时挡水要求设计。

如图11所示，在趾板10下方的封堵段箱涵6-2内设有封堵体23，采用微膨胀混凝土进行回填，形成永久封堵体23。

本实施例中在坝体2的趾板10下游侧的趾板基坑内设有与封堵段箱涵6-2连通的基坑排水机构，基坑排水机构包括开设于趾板10下游的趾板基坑内的集水槽8，河床部位趾板基坑开挖范围达到下游主堆石区，在主堆石区范围内的趾板基坑内平行趾板线开挖集水槽8，集水槽8平行趾板10布置，布置范围为整个河床部位的水平基坑，集水槽8内放置与封堵段箱涵6-2连通的排水花管15，排水花管15外包1层1mm厚网眼不锈钢滤网，排水花管15与集水槽8之间的空腔采用2～10cm等粒径卵石料17(或者新鲜的细石渣料、浇筑无砂混凝土)回填至基坑设计面。对于高度较大的坝，为了防止排水花管15在上部坝体2作用下变形损坏，其内部也可填筑2～10cm等粒径卵石料17(或者新鲜的细石渣料)。

本实施例中在坝体2的坝基面上沿该坝体的坝轴线设有一道挡水墙12，基础要求为透水性较差的基岩，或者通过固结灌浆等方式提高其防渗能力。挡水墙12将坝体2内的水分为上、下游两部分，其中上游部分为坝体渗漏水收集区域，主要为坝体渗水，下游部位主要为外部进入坝体的渗水(如雨水)，挡水墙12高度根据地形地质条件确定，以达到上述分隔目的。

本例中在排水段箱涵6-3和输水段箱涵6-4的底板上设有渗漏水排水沟25，排水段箱涵6-3的底板上贴边布置有两条渗漏水排水沟25，输水段箱涵6-4的底板上两条渗漏水排水沟25合成一条并在合并后的渗漏水排水沟25上安装用于进行坝体渗水量测的量水堰。排水段箱涵6-3内设有从排水孔20引导至渗漏水排水沟25的排水管24。

本实施例中挡水墙12上游坝体渗漏水收集区域收集的坝体渗水经过渡层19、碎石垫层18和排水段箱涵6-3上的排水孔20进入排水段箱涵6-3内，并经排水管24汇集到渗漏水排水沟25，由渗漏水排水沟25出口位置的量水堰进行坝体渗水量测。

本实施例的具体实施步骤如下：

根据施工导流要求，坝基范围内河床沿线的地形地质条件，进行箱涵、进口竖井基础的槽挖。排水箱涵6上、下游端部以及混凝土竖井5放置于河道1岸坡，排水箱涵6从河床部位最低处趾板10下部穿过，并保证箱混凝土结构的顶部距离趾板10建基面不少于1m的空间。混凝土竖井5进口高程满足施工导流进水要求。排水箱涵6、混凝土竖井5基础必须置于强风化及以上等级岩石基础上。

修建排水箱涵6、混凝土竖井5。

进行进水渠4、出水渠7开挖施工。

选择枯水期进行截流围堰3施工，期间通过排水箱涵6过水。

进行排水箱涵6防护，根据箱涵的设计运行条件以及与施工爆破区的相对位置关系，采取相应的保护措施。导流段箱涵6-1、封堵段箱涵6-2外部填筑堆石料13，顶部厚度不小于1.0m；排水段箱涵6-3和输水段箱涵6-4按永久断面结构回填至顶部1m以上。

进行趾板基坑和坝基开挖施工，其中趾板10基础爆破施工必须在上述箱涵保护工作完成的基础上进行。

趾板基坑开挖至设计断面后，将封堵段箱涵6-2上部保护堆石料13挖除，回填与趾板同标号混凝土至趾板10基础面高程，并与两侧开挖面平顺衔接。箱涵与回填混凝土之间的缝面按施工缝处理。

进行趾板基坑内的基坑排水机构施工。河床部位趾板基坑开挖范围要求达到下游主堆石区，在主堆石区范围内的趾板基坑内平行趾板线开挖集水槽8，集水槽8的纵向范围为整个河床段趾板基坑，在集水槽8内放置排水花管15，排水花管15外包1层1mm厚网眼不锈钢滤网，排水花管15与集水槽8之间的空腔采用2～10cm等粒径卵石料17(或者新鲜的细石渣料)回填或者浇筑无砂混凝土至基坑设计面。

进行坝轴线部位挡水墙12及基础灌浆11施工，其中箱涵范围内的灌浆等一期封堵后在箱涵内进行灌浆。

按设计要求进行坝体2施工，由于趾板10下部箱涵影响，部分穿箱涵的灌浆工程在一期封堵后在廊道内施工。

混凝土面板堆石坝坝体2施工结束后进行一期封堵，采用混凝土竖井5上的闸门22封堵混凝土竖井5进水口。

在一期封堵的条件下，进行趾板10下部箱涵基础灌浆11施工。

灌浆施工完成后，进行箱涵二期永久封堵施工，封堵采用微膨胀混凝土，形成封堵体23。

坝轴线部位箱涵基础进行灌浆施工，坝轴线上游部分箱涵侧壁排水孔20上安装排水管24，大坝渗漏水排水沟25上安装量水堰。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的范围内，做出的变化、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：具有设置于河道(1)上的混凝土面板堆石坝坝体(2)，坝体(2)上游河道(1)上布置截流围堰(3)，截流围堰(3)上游的河道(1)依次经进水渠(4)、混凝土竖井(5)、排水箱涵(6)和出水渠(7)连通坝体(2)下游河道(1)，其中排水箱涵(6)布置于坝体(2)的坝基面以下且横穿所述坝体(2)；

在所述坝体(2)的趾板(10)下游的趾板基坑内设有与所述排水箱涵(6)连通的基坑排水机构；

所述坝体(2)的坝基面上沿该坝体的坝轴线设有一道挡水墙(12)，该挡水墙与河道(1)的两岸相连，在挡水墙(12)上游形成坝体渗漏水收集区域；所述排水箱涵(6)上对应所述坝体渗漏水收集区域设有若干连通内外的排水孔(20)，排水孔(20)设置于排水箱涵(6)的内部最高水位以上部位；所述排水箱涵(6)的底板上设有从与所述坝体渗漏水收集区域对应部位延伸至排水箱涵(6)出口的渗漏水排水沟(25)，渗漏水排水沟(25)的出水端安装量水堰；

所述混凝土竖井(5)上端对应其进水口设有闸门(22)，所述趾板(10)下方的排水箱涵(6)内设有封堵体(23)。

2.根据权利要求1所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述基坑排水机构包括开设于趾板(10)下游的趾板基坑内且平行趾板(10)线的集水槽(8)，集水槽(8)内放置排水花管(15)并回填卵石料(17)，排水花管(15)连通所述排水箱涵(6)。

3.根据权利要求2所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述排水花管(15)外包不锈钢滤网。

4.根据权利要求2所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述集水槽(8)上部依次填筑碎石垫层(18)和过渡层(19)。

5.根据权利要求1所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述排水箱涵(6)从其进水端到出水端依次分为导流段箱涵(6-1)、封堵段箱涵(6-2)、排水段箱涵(6-3)和输水段箱涵(6-4)，其中封堵段箱涵(6-2)位于坝体(2)的趾板(10)及趾板基坑下方，所述排水段箱涵(6-3)一端与所述封堵段箱涵(6-2)衔接，排水段箱涵(6-3)的另一端延伸至所述挡水墙(12)下方并与所述输水段箱涵(6-4)衔接，该排水段箱涵上设有所述排水孔(20)，排水段箱涵(6-3)上部依次填筑碎石垫层(18)和过渡层(19)。

6.根据权利要求5所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述导流段箱涵(6-1)顶部铺设堆石料(13)。

7.根据权利要求1所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述排水箱涵(6)每隔10～20m设置一道结构缝，结构缝采用紫铜片止水。

8.根据权利要求1所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：所述排水箱涵(6)内设有从所述排水孔(20)引导至所述渗漏水排水沟(25)的排水管(24)。

9.根据权利要求1或8所述的具有永临结合多功能排水箱涵的大坝结构，其特征在于：坝轴线上游的所述排水箱涵(6)的底板上贴边布置有两条所述渗漏水排水沟(25)，并在过坝轴线后合成一条。

10.一种权利要求1～9任意一项所述大坝结构的施工方法，其特征在于：

根据施工导流要求，坝基范围内河床沿线的地形地质条件，进行混凝土竖井(5)和排水箱涵(6)的槽挖；

修建排水箱涵(6)和混凝土竖井(5)；

进行进水渠(4)、出水渠(7)开挖施工；

选择枯水期施工截流围堰(3)，在截流围堰(3)下游形成干地施工环境，期间通过进水渠(4)、混凝土竖井(5)、排水箱涵(6)和出水渠(7)过水；

进行排水箱涵(6)防护，根据排水箱涵(6)的设计运行条件以及与施工爆破区的相对位置关系，采取相应的保护措施；

进行趾板基坑和坝基开挖施工，其中趾板基坑爆破施工必须在上述排水箱涵(6)保护工作完成的基础上进行；

趾板基坑开挖至设计断面后，将其下方相应排水箱涵(6)上的保护措施去除并在对应趾板基坑上游段部位回填混凝土至趾板(10)基础面高程，并与两侧开挖面平顺衔接；

进行趾板基坑内的基坑排水机构施工；

进行坝轴线部位挡水墙(12)施工；

按设计要求进行混凝土面板堆石坝坝体(2)施工；

混凝土面板堆石坝坝体(2)施工结束后进行一期封堵，采用混凝土竖井(5)上的闸门(22)封堵混凝土竖井(5)进水口；

在一期封堵的条件下，进行趾板(10)下部排水箱涵(6)的基础灌浆施工；

灌浆施工完成后，进行箱涵二期永久封堵施工，采用微膨胀混凝土封堵排水箱涵(6)的坝体趾板下方位置，形成封堵体(23)；.

坝轴线部位排水箱涵(6)基础进行灌浆施工，坝轴线上游部分排水箱涵(6)的排水孔(20)上安装引导至渗漏水排水沟(25)的排水管(24)，渗漏水排水沟(25)上安装量水堰。