CN111535249A - 一种免管护一体淤地坝及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种免管护一体淤地坝及其施工方法，所述淤地坝包括均质土坝坝体，以及设置在均质土坝坝体上的防护层；防护层包括上游护坡层、下游护坡层、混合料层，且混合料层与上游护坡层、下游护坡层连为整体；所述施工方法包括：碾压填筑均质土坝坝体；制备混合料，且将混合料运输至上、下游坝坡处进行摊铺，与均质土坝坝体同步碾压施工，同时升高；埋设多层排水盲管；填筑混合料层；本发明所采制备的免管护一体淤地坝的坝坡防冲刷能力强，能够有效地解决淤地坝过超标准洪水易溃坝的问题，并且能够简化工程管护任务。

Description

一种免管护一体淤地坝及其施工方法
技术领域
本发明属于淤地坝修筑技术领域，具体涉及一种免管护一体淤地坝及其施工方法。
背景技术
在我国西北黄土高原地区，沟壑纵横，水土流失严重，为了拦截水土流失形成的淤泥，在沟道中修筑了大量的淤地坝。淤地坝的布置一般是根据沟道流域面积的大小，分别在毛、支沟和主沟道修建一系列的梯级坝，淤地坝的修筑对于抬高沟道侵蚀基准面、防治水土流失、滞洪、拦泥、淤地、减少入河泥沙等方面有着十分重要的意义，是小流域综合治理的一项重要措施。
目前修筑的淤地坝由大坝和泄水建筑物组成，大坝一般是就地取材，修建为均质土坝，防洪标准较低。由于淤地坝的数量大、分布分散，管护任务巨大，再加上淤地坝的防洪标准低，在汛期遇超标准洪水翻坝时，易造成淤地坝溃坝冲毁，上游淤地坝溃坝形成的超标洪水又会对下游淤地坝构成威胁，从而形成连锁反应。因此，发明一种防冲刷能力强，可过超标准洪水，免管护的淤地坝就显得尤为迫切和必要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在缺陷，提供一种防洪标准高、防冲刷破坏能力强的免管护一体式淤地坝，本发明还提供免管护一体式淤地坝的施工方法。
本发明的技术方案为：一种免管护一体淤地坝，包括均质土坝坝体，以及设置在均质土坝坝体上的防护层；所述防护层包括设置在均质土坝坝体上游坝坡表面的上游护坡层，设置在均质土坝坝体下游坝坡表面的下游护坡层，以及设置在均质土坝坝体的坝顶的混合料层，且混合料层与上游护坡层、下游护坡层连为整体；此种结构的淤地坝增加了上、下游坝坡的抗冲刷能力；并且，混合料层的设置能够保证坝身可以过流，且过超标准洪水时不会溃坝，进而可以取消泄水建筑物，大大节约了坝体的工程投资；
所述均质土坝坝体内间隔埋设有多层排水盲管，所述排水盲管的管口贯穿且延伸出下游护坡层。
进一步地，所述上游坝坡的防护层厚度为1.0～1.5m，所述下游坝坡的防护层厚度为2.0～3.0m；由于下游坝坡要承受水流的持续冲刷，故下游防护层的厚度要大于上游防护层的厚度。
进一步地，所述排水盲管相邻两层的距离为3m，且同一层中相邻两排水盲管之间的距离为3～5m；均匀设置的排水盲管可将坝体内的渗水及时排出坝体外，以增加坝体的稳定性。
进一步地，所述上游护坡层、下游护坡层、混合料层所采用相同的混合料；上游护坡层、下游护坡层、混合料层所采用相同的混合料能够有效地保证上游护坡层、下游护坡层、混合料层连接为一体，并且能够有效地简化施工工序。
进一步地，所述混合料由筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按70～90:10～30之重量份配比均匀拌和制备而成；所述泥质粉细砂固结剂由煅烧泥质粉细砂细粉和矿粉、水泥按70～80％:5～10％:10～25％之重量百分比配制而成；而在筑坝土料中添加了泥质粉细砂固结剂，显著提高了上、下游坝坡的强度，经测试，其强度相当于C10～C15混凝土，从而提高了上、下游坝坡的抗冲刷能力以及综合耐久性能，达到免管护的目的。
进一步地，所述混合料由筑坝土料由筑坝土料、粉煤灰、矿渣、赤泥和脱硫石膏按照60～75:20～25:13～18:8～15:5～8之重量份配比均匀拌和制备而成；混合料具备较好的抗压强度，能够有效提高了上、下游坝坡的强度。
进一步地，所述混合料由筑坝土料由筑坝土料、胶结材料、改性纤维素以及苦土粉按照68～75:33～35:15～18:0.5～1.2之重量份配比均匀拌和制备而成；其中，胶结材料采用水泥与铁渣按照93～98％：2～7％之重量百分比配制而成；改性纤维素采用在磷酸钙矿化液中进行矿化处理后的高模聚乙烯纤维；在实际的拌和中，采用氯化镁的盐溶液作为拌合剂进行拌合；拌和后凝结成块状物，且其具备较高的强度。
一种免管护一体淤地坝的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体；
步骤二：制备混合料，且将混合料运输至上、下游坝坡处进行摊铺，与均质土坝坝体同步碾压施工，同时升高；具体为：在坝址附近均匀拌和成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游2～3m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度30～35cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒水并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体、上游护坡抗冲层、下游护坡抗冲层在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管位置；
步骤三：在均质土坝坝体内间隔埋设多层排水盲管，使所述排水盲管的管口延伸出下游坝坡；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层与上游护坡抗冲层、下游护坡抗冲层连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
进一步地，步骤二所述洒水拌和装置包括悬挂架、拌和设备和洒水设备；所述拌和设备、洒水设备依次设置在悬挂架上，且洒水设备位于拌和设备前方；悬挂架能够悬挂在拖拉机上；
所述拌和设备包括刀轴、刀片和传动箱，所述刀片有多个，多个刀片均匀设置在所述刀轴上，刀轴通过传动箱与拖拉机传动轴连接；
所述洒水设备包括排水槽和喷头；所述排水槽设置在悬挂架上，且排水槽上设置有两个进水口；所述喷头有多个，多个喷头均匀设置在排水槽上；采用洒水拌和装置能够实现加水、拌合同步进行，能够有效地提高施工效率。
本发明的有益效果为：本发明所采制备的免管护一体淤地坝的坝坡防冲刷能力强，能够有效地解决淤地坝过超标准洪水易溃坝的问题，并且能够简化工程管护任务；并且，本发明施工方便，筑坝造价低，适合大范围推广。
附图说明
图1是本发明淤地坝的结构示意图；
图2是本发明洒水拌和装置的外部结构示意图；
图3是本发明洒水拌和装置的内部结构示意图；
其中，1-均质土坝坝体、2-上游护坡层、3-下游护坡层、4-混合料层、5-排水盲管、61-悬挂架、62-拌和设备、621-刀轴、622-刀片、63-洒水设备、631-排水槽、632-喷头。
具体实施方式
实施例1：如图1所示的一种免管护一体淤地坝，包括均质土坝坝体1，以及设置在均质土坝坝体1上的防护层；防护层包括设置在均质土坝坝体1上游坝坡表面的上游护坡层2，设置在均质土坝坝体1下游坝坡表面的下游护坡层3，以及设置在均质土坝坝体1的坝顶的混合料层4，且混合料层4与上游护坡层2、下游护坡层3连为整体；
均质土坝坝体1内间隔埋设有多层排水盲管5，排水盲管5的管口贯穿且延伸出下游护坡层3；
上游坝坡的防护层厚度为1.0m，下游坝坡的防护层厚度为2.0m；排水盲管5相邻两层的距离为3m，且同一层中相邻两排水盲管5之间的距离为3m。
其中，上游护坡层2、下游护坡层3、混合料层4所采用相同的混合料；混合料由筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按70:10之重量份配比均匀拌和制备而成；泥质粉细砂固结剂由煅烧泥质粉细砂细粉和矿粉、水泥按70％:5％:25％之重量百分比配制而成。
上述免管护一体淤地坝的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体1；
步骤二：在坝址附近将筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按70:10之重量份配比均匀拌和成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游2m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度30cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒水并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体1、上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管5位置；其中，筑坝土料采用现场附近黄土；
步骤三：在均质土坝坝体1内间隔埋设多层排水盲管5，使排水盲管5的管口延伸出下游坝坡层3；具体为：坝体高度每上升3m，在坝体内埋设一层排水盲管5至下游坝坡层3，每层的排水盲管5之间间隔距离为3m，排水盲管5可将坝体内的渗水及时排出坝体外，以增加坝体的稳定性；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层4与上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
需要说明的是：图1中H为淤积面高程；S为水面线；J为坝体护脚，也是步骤二中消力池位置。
实施例2：与实施例1不同的是：上游坝坡的防护层厚度为1.3m，下游坝坡的防护层厚度为2.5m；排水盲管5相邻两层的距离为3m，且同一层中相邻两排水盲管5之间的距离为4m；
上游护坡层2、下游护坡层3、混合料层4所采用相同的混合料；混合料由筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按80:20之重量份配比均匀拌和制备而成；泥质粉细砂固结剂由煅烧泥质粉细砂细粉和矿粉、水泥按75％:8％:17％之重量百分比配制而成。
上述免管护一体淤地坝施工方法，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体1；
步骤二：在坝址附近将筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按80:20之重量份配比均匀拌和成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游3m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度33cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒水并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体1、上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管5位置；其中，筑坝土料采用现场附近黄土；
步骤三：在均质土坝坝体1内间隔埋设多层排水盲管5，使排水盲管5的管口延伸出下游坝坡层3；具体为：坝体高度每上升3m，在坝体内埋设一层排水盲管5至下游坝坡层3，每层的排水盲管5之间间隔距离为4m；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层4与上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
其中：如图2、3所示，洒水拌和装置包括悬挂架61、拌和设备62和洒水设备63；拌和设备62、洒水设备63依次设置在悬挂架61上，且洒水设备63位于拌和设备62前方；悬挂架61能够悬挂在拖拉机上；
拌和设备62包括刀轴621、刀片622和传动箱，刀片622有多个，多个刀片均匀设置在刀轴621上，刀轴621通过传动箱与拖拉机传动轴连接；
洒水设备63包括排水槽631和喷头632；排水槽631设置在悬挂架61上，且排水槽631上设置有两个进水口；喷头632有多个，多个喷头632均匀设置在排水槽631上。
实施例3：与实施例1不同的是：上游坝坡的防护层厚度为1.5m，下游坝坡的防护层厚度为3.0m；排水盲管5相邻两层的距离为3m，且同一层中相邻两排水盲管5之间的距离为5m；
上游护坡层2、下游护坡层3、混合料层4所采用相同的混合料；混合料由筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按90:30之重量份配比均匀拌和制备而成；
泥质粉细砂固结剂由煅烧泥质粉细砂细粉和矿粉、水泥按80％:10％:10％之重量百分比配制而成，具体步骤为：将泥质粉细砂预热干燥后入煅烧炉中，在1050℃高温下煅烧两小时，然后快速冷却，研磨至200目细粉备用；然后将煅烧后的泥质粉细砂细粉和矿粉、水泥按80％:10％:10％之重量百分比称量后混合均匀，得到泥质粉细砂固结剂。
上述免管护一体淤地坝施工方法，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体1；
步骤二：在坝址附近将筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按90：:30之重量份配比均匀拌和成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游3m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度35cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒水并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体1、上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管5位置；其中，筑坝土料采用现场附近黄土；
步骤三：在均质土坝坝体1内间隔埋设多层排水盲管5，使排水盲管5的管口延伸出下游坝坡层3；具体为：坝体高度每上升3m，在坝体内埋设一层排水盲管5至下游坝坡层3，每层的排水盲管5之间间隔距离为5m；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层4与上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
其中，洒水拌和装置由旋耕机改进制备而成；旋耕机采用型号为1GKN300TG-400TG，旋耕机自身具备悬挂以及拌和的设备，在该旋耕机龙门悬架梁处焊接底端均匀设置有8个喷头632的排水槽631，然后通过水管与排水槽631上的进水口连接。
实施例4：与实施例1不同的是：混合料由筑坝土料由筑坝土料、粉煤灰、矿渣、赤泥和脱硫石膏按照60:20:15:8～15:5之重量份配比均匀拌和制备而成；其中，筑坝土料采用现场附近黄土。
上述免管护一体淤地坝施工方法，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体1；
步骤二：在坝址附近将筑坝土料、粉煤灰、矿渣、赤泥和脱硫石膏按照60:20:15:10:5之重量份配比均匀拌和成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游3m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度35cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒水并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体1、上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管5位置；
步骤三：在均质土坝坝体1内间隔埋设多层排水盲管5，使排水盲管5的管口延伸出下游坝坡层3；具体为：坝体高度每上升3m，在坝体内埋设一层排水盲管5至下游坝坡层3，每层的排水盲管5之间间隔距离为5m；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层4与上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
实施例5：与实施例1不同的是：混合料由筑坝土料由筑坝土料、胶结材料、改性纤维素以及苦土粉按照75:35:15:1之重量份配比均匀拌和制备而成；其中，胶结材料采用水泥与铁渣按照95％：5％之重量百分比配制而成；改性纤维素采用在磷酸钙矿化液中进行矿化处理后的高模聚乙烯纤维；
上述免管护一体淤地坝施工方法，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体1；
步骤二：在坝址附近将筑坝土料、胶结材料、改性纤维素以及苦土粉按照75:35:15:5之重量份配比均匀拌和制备成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游3m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度35cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒浓度为15％的氯化镁的盐溶液并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体1、上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管5位置；
步骤三：在均质土坝坝体1内间隔埋设多层排水盲管5，使排水盲管5的管口延伸出下游坝坡层3；具体为：坝体高度每上升3m，在坝体内埋设一层排水盲管5至下游坝坡层3，每层的排水盲管5之间间隔距离为5m；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层4与上游护坡抗冲层2、下游护坡抗冲层3连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
实验例：对实施例1～5施工时所制备的混合料的抗压强度进行检测，具体的检测结果如表1；
表1：实施例1～5的混合料的抗压强度
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
抗压强度 12.5MPa 13.3MPa 14.2MPa 13.6MPa 14.6MPa
结论：由上表可知，实施例1～5所制备的混合料具备较好的抗压强度，其强度相当于C10～C15混凝土，能够有效地提高上、下游坝坡的强度。

Claims (9)

1.一种免管护一体淤地坝，其特征在于：包括均质土坝坝体(1)，以及设置在均质土坝坝体(1)上的防护层；所述防护层包括设置在均质土坝坝体(1)上游坝坡表面的上游护坡层(2)，设置在均质土坝坝体(1)下游坝坡表面的下游护坡层(3)，以及设置在均质土坝坝体(1)的坝顶的混合料层(4)，且混合料层(4)与上游护坡层(2)、下游护坡层(3)连为整体；
所述均质土坝坝体(1)内间隔埋设有多层排水盲管(5)，所述排水盲管(5)的管口贯穿且延伸出下游护坡层(3)。
2.如权利要求1所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述上游坝坡的防护层厚度为1.0～1.5m，所述下游坝坡的防护层厚度为2.0～3.0m。
3.权利要求2所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述排水盲管(5)相邻两层的距离为3m，且同一层中相邻两排水盲管(5)之间的距离为3～5m。
4.如权利要求3所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述上游护坡层(2)、下游护坡层(3)、混合料层(4)所采用相同的混合料。
5.如权利要求4所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述混合料由筑坝土料和泥质粉细砂固结剂按70～90:10～30之重量份配比均匀拌和制备而成；所述泥质粉细砂固结剂由煅烧泥质粉细砂细粉和矿粉、水泥按70～80％:5～10％:10～25％之重量百分比配制而成。
6.如权利要求4所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述混合料由筑坝土料由筑坝土料、粉煤灰、矿渣、赤泥和脱硫石膏按照60～75:20～25:13～18:8～15:5～8之重量份配比均匀拌和制备而成。
7.如权利要求4所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述混合料由筑坝土料、胶结材料、改性纤维素以及苦土粉按照68～75:33～35:15～18:0.5～1.2之重量份配比均匀拌和制备而成；其中，胶结材料采用水泥与铁渣按照93～98％：2～7％之重量百分比配制而成；改性纤维素采用在磷酸钙矿化液中进行矿化处理后的高模聚乙烯纤维。
8.一种免管护一体淤地坝的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照均质土坝的设计断面和施工方法碾压填筑均质土坝坝体(1)；
步骤二：制备混合料，且将混合料运输至上、下游坝坡处进行摊铺，与均质土坝坝体同步碾压施工，同时升高；具体为：在坝址附近均匀拌和成混合料，然后用汽车将混合料运输至均质土坝上、下游2～3m范围内坝坡及下游消力池处，然后用推土机将混合料摊铺成厚度30～35cm的薄层，使用洒水拌和装置在摊铺的混合料上洒水并拌合均匀，然后利用振动碾将混合料碾压密实，使得均质土坝坝体(1)、上游护坡抗冲层(2)、下游护坡抗冲层(3)在水平高度同步升高，到达预埋排水盲管(5)位置；
步骤三：在均质土坝坝体(1)内间隔埋设多层排水盲管(5)，使所述排水盲管(5)的管口延伸出下游坝坡(3)；
步骤四：在坝顶高程以下2m厚度范围内采用第二步配制的混合料进行填筑，形成的混合料层(4)与上游护坡抗冲层(2)、下游护坡抗冲层(3)连接成为整体，完成免管护一体式淤地坝的施工。
9.如权利要求8所述的一种免管护一体淤地坝，其特征在于，所述上游护坡层(2)、下游护坡层(3)、混合料层(4)连为整体。
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