CN112575744A - 一种全库盆pe土工膜防渗面板布置型式及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式及施工方法，包括由石料或地基碾压填筑而成的库坡和库底，库坡和库底上均摊铺有一定厚度的PE土工膜防渗面板；库坡和库底之间的平面转弯衔接处周向布置有第一混凝土连接结构，且该第一混凝土连接结构的两侧边分别与摊铺于库坡和库底上的PE土工膜防渗面板采用止水锚固件连接；库坡的立面转弯衔接处均布置有第二混凝土连接结构，且该第二混凝土连接结构的两侧边分别与摊铺于库坡上的PE土工膜防渗面板采用止水锚固件连接；第一混凝土连接结构与第二混凝土连接结构间采用止水锚固件连接。该布置型式结构简单，施工难度小，与PE土工膜连接采用机械锚固型式，在多个水利水电工程中得到验证，防渗结构可靠。

Description

一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式及施工方法

技术领域

本发明涉及水电水利工程领域，具体涉及一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式及施工方法。

背景技术

近年来，土工膜防渗技术被广泛应用于水库、堤坝防渗设计中。当水库采用全库盆土工膜防渗时，可采用PVC土工膜和PE土工膜。质量上佳的PVC土工膜造价较贵，一般为PE膜价格的5～10倍。因此，工程设计、施工中常选用价格低廉、防渗效果好的PE膜。

对于采用PE膜全库盆防渗的水电水利工程来说，主要存在以下问题：

1、防渗水头高(大于30m)的工程，不得不采用1.0mm以上厚膜，但是PE膜褶皱困难(特别是1.0mm以上厚膜)，尤其是在平面、立面转弯部位，由于设计体型不佳，造成PE膜铺设、焊接后出现明显的褶皱、“波浪”现象。

2、PE膜具有高膨胀性的特点，从图7可直观看出，PE膜具有比PVC等其他类型土工膜更大的热膨胀系数。由于一天中存在一定温差，在土工膜铺设完成后，特别是夏天中午高温时段，往往出现“波浪”、褶皱等现象。

如图6所示，在20～50℃范围内，PE膜具有比PVC等土工膜材料更高的热膨胀系数变化率，因此PE膜在昼夜温差偏大区域环境中处于收缩与膨胀状态，尺寸稳定性差，如图7所示出现“波浪”现象。

JohnScheirs编著的《Aguidetopolymericgeomembranes》中指出，在太阳光辐照的一天中，制品表面温度由20℃变化至70℃范围内，每10m长的材料中，PE将产生100mm的伸长量，而PVC仅60mm的伸长量。

3、国内外研究发现：土工膜受拉时，高应力水平时老化快，低应力水平时老化慢。应力水平限制在20％以下，可以保证土工膜的耐久性满足工程要求。现行规范规定，土工膜应力、应变安全系数均不得小于5.0。多个工程的有限元法分析计算表明，在平面、立面转弯部位，土工膜应力水平往往远大于20％，拉应变大于3％，考虑安全系数5.0，已不能满足规范要求以及耐久性要求。

4、国内外某些采用PE膜全库盆防渗的水电水利工程在水库蓄水后，PE膜褶皱、转弯处出现严重渗漏情况，不得不放空水库进行修补。其原因主要是蓄水后水压施加于褶皱的土工膜上，导致局部应力集中，特别是当皱纹出现在焊接处时。在土工膜受损的情况下，褶皱部分由于缺乏与下部支撑层的直接接触，大大增加了土工膜的渗透、破损风险。

如何通过一定措施，确保PE土工膜防渗面板结构质量，减少水库渗漏损失，是水电水利工程设计与运行中的一项重要技术。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种施工便捷、安全可靠的全库盆PE土工膜防渗面板布置型式及施工方法，避免PE土工膜防渗面板防渗体出现鼓包、褶皱、开裂等不利情况，减少水库渗漏损失。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，包括由石料或地基碾压填筑而成的库坡和库底，所述库坡和库底上均摊铺有一定厚度的PE土工膜防渗面板；所述库坡和库底之间的平面转弯衔接处周向布置有第一混凝土连接结构，且该第一混凝土连接结构的两侧边分别与摊铺于所述库坡和库底上的PE土工膜防渗面板采用止水锚固件连接；所述库坡的立面转弯衔接处均布置有第二混凝土连接结构，且该第二混凝土连接结构的两侧边分别与摊铺于所述库坡上的PE土工膜防渗面板采用止水锚固件连接；第一混凝土连接结构与第二混凝土连接结构间采用止水锚固件连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述PE土工膜防渗面板与库底、库坡之间分别密实填充有下支持层。

作为本发明的一种优选技术方案，对应于所述库底位置的PE土工膜防渗面板上方压覆有上保护层。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一、第二混凝土连接结构与PE土工膜防渗面板之间均采用第一止水锚固件进行锚固封闭处理；所述第一、第二混凝土连接结构的结构缝处均设置第二止水锚固件进行锚固封闭处理。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一混凝土连接结构为库底混凝土连接板或混凝土排水观测廊道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第二混凝土连接结构为库坡混凝土连接板。

作为本发明的一种优选技术方案，所述PE土工膜防渗面板采用两布一膜结构的复合土工膜，其上、下两层土工布规格为10kN/m～20kN/m，土工膜厚度为1mm～2mm。

另一方面，本发明还提出一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式的施工方法，包括如下步骤：

S1、构筑库坡和库底，分层碾压填筑库坡或库底上的下支持层，并剔除表面的超径颗粒；

S2、于所述库坡和库底之间的平面转弯衔接处浇筑形成第一混凝土连接结构，并在混凝土结构缝处施工第二止水锚固件进行锚固封闭处理；

S3、于所述库坡的立面转弯衔接处浇筑形成第二混凝土连接结构，并在混凝土结构缝处施工第二止水锚固件进行锚固封闭处理；

S4、摊铺位于所述库坡及库底上的PE土工膜防渗面板，并在其与第一、第二混凝土连接结构的交接处施工第一止水锚固件进行锚固封闭处理；

S5、摊铺位于所述库底PE土工膜防渗面板上的上保护层，并压覆成型。

作为本发明的一种优选技术方案，所述上保护层与PE土工膜防渗面板之间设置有垫层，且该垫层可采用砂浆、泡沫塑料片材或针刺土工织物。

作为本发明的一种优选技术方案，所述下支持层包含上部垫层料和下部垫层料两层，其中上部垫层料采用厚度为10cm～20cm的中细砂碾压填筑，下部垫层料采用厚度为40cm～60cm的碎石填筑。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、在库盆平面、立面转弯衔接部位设置混凝土连接结构，使得变化剧烈、受力不利部位由混凝土连接结构承担，PE土工膜防渗面板无论在库坡，还是库底，其都是平面受力状态，受力状态好，避免其在转弯处承受较大的拉应变。

2、土工膜的平面受力布置体型，使其始终处于低应力水平，低拉应变状态，其耐久性得到充分保障。

3、PE膜特别是厚PE膜难以褶皱，没有转弯的布置型式，最大限度避免了可能由此产生的褶皱、“波浪”等不利情况，确保土工膜与下支持层紧密贴合，在水库蓄水后土工膜不易被拉裂。

4、混凝土连接结构，结构简单，施工难度小，与PE土工膜连接采用机械锚固型式，在多个水利水电工程中得到验证，防渗结构可靠。

5、由于库盆防渗设计体型较合理，大大减小了土工膜摊铺、焊接难度，保证了库盆防渗结构施工质量。

6、在立面转弯部位(库坡与库底交界处)，设置混凝土连接板或排水观测廊道，库坡连接板与库底连接板或排水廊道之间形成了自然的渗漏监测分区，监测及检修更加便利。

7、混凝土连接板工程量小，不会由此引起库盆防渗投资大幅增加。

附图说明

图1是本发明的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式平面图；

图2是图1中A-A向剖面图；

图3是图1中B-B向剖面图；

图4是图2和图3中甲处的放大图；

图5是图3中乙处的放大图；

图6是背景技术中所提及的不同材料热膨胀系数对比图；

图7是背景技术中所提及的PE膜表面温度变化引起的褶皱、“波浪”现象示意图。

附图标记：1-PE土工膜防渗面板；2-第二混凝土连接结构；3-第一混凝土连接结构；4-第一止水锚固件；5-第二止水锚固件；6-下支持层；7-石料或地基。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面结合附图1～7和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

如图1至7所示，本实施例适用于全库盆采用PE土工膜防渗面板防渗的水电水利工程，通过设置合理的防渗结构，确保水库防渗效果，减少水库渗漏损失。本实施例中主要包括PE土工膜防渗面板1、第二混凝土连接结构2、第一混凝土连接结构3、第一止水锚固件4、第二止水锚固件5、上保护层(图中未示出)、下支持层6、石料或地基7。本实施例中，所述第二混凝土连接结构2为库坡混凝土连接板，所述第一混凝土连接结构3为库底混凝土连接板或混凝土排水观测廊道。

其中，对于PE土工膜防渗面板1，一般采用两布一膜设计，可采用复合土工膜或膜布分离的土工膜。根据工程重要性，上、下两层土工布规格10kN/m～20kN/m；土工膜厚度根据作用水头、下支持层6的特性等计算确定，一般1mm～2mm。土工膜通过第一止水锚固件4锚固于库坡混凝土连接板或库底混凝土连接板、排水观测廊道上。土工膜在衔接部位采用凸起或凹进的结构，以预留受水压力作用产生的变形量。库底土工膜上采用上保护层进行压覆保护。

其中，对于库坡混凝土连接板，在库坡里面转折部位设置混凝土连接板，与库坡PE土工膜防渗面板1间通过第一止水锚固件4锚固。混凝土连接板的厚度根据水力梯度计算确定，一般承受水力梯度小于150，厚度在1m以内，宽度宜为12m～16m左右，混凝土标号不低于C25，二级配，单层双向配筋。

其中，对于库底混凝土连接板或排水观测廊道，在库坡与库底交界部位设置混凝土连接板或排水观测廊道，与库坡、库底PE土工膜防渗面板1间通过第一止水锚固件4锚固。为了便于水库防渗监测及检修，可采用混凝土排水观测廊道结合连接板布置。库底混凝土连接板宽度宜为4m～7m，长度根据库底沉降变形计算确定，混凝土标号不低于C25，二级配，单层双向配筋。排水观测廊道每隔12m～16m左右设结构缝，缝内采用第二止水锚固件5封闭，混凝土标号不低于C25，二级配，双层双向配筋。

进一步地，将库坡混凝土连接板或库底混凝土连接板、排水观测廊道上的锚固部位凿毛，采用SR找平层进行找平后，铺设一层SR防渗胶条，上覆PE土工膜防渗面板1，覆盖SR防渗保护盖片，采用不锈钢板固定，不锈钢膨胀螺栓进行锚固处理。对SR找平层、防渗胶条、土工膜之间均涂抹SR底胶；对防渗盖片边缘涂抹封边剂。对于北方寒冷地区，也可采用沉头螺栓替代不锈钢螺母。

进一步地，混凝土连接板及库底混凝土连接板或排水观测廊道的结构缝处设第二止水锚固件进行锚固封闭处理。对于工作水深小于25m的工程，止水可仅设底部铜止水片，根据地基情况，视需要铺设低标号无砂混凝土垫层，对混凝土基础进行找平；其上铺设一层氯丁橡胶垫片；铜止水片粘于氯丁橡胶垫片上；缝内填充闭孔泡沫板或三元乙丙橡胶板；对于工作水深大于25m，小于100m的工程，混凝土结构缝除底部设铜止水片外，顶部设第二道止水。顶部混凝土锚固部位凿毛，填充SR防渗填料，覆盖SR防渗保护盖片，采用不锈钢板固定，不锈钢膨胀螺栓进行锚固处理。对水泥砂浆垫层、氯丁橡胶垫片、混凝土锚固部位、防渗保护盖片之间均涂抹SR底胶；对防渗盖片边缘涂抹封边剂。对于北方寒冷地区，也可采用沉头螺栓替代不锈钢螺母。

进一步地，上保护层可采用混凝土预制块、浆干砌块石、喷混凝土、砂袋等，对库坡、库底土工膜进行压覆保护，防止受大风吹覆、运行期受水浮力的影响漂动，避免紫外线照射，保证其耐久性。

进一步地，下支持层6为土工膜的支撑结构，一般包含上部垫层料和下部垫层料两层。上部垫层料厚10cm～20cm，可采用相对密度≥0.8的中细砂碾压填筑，最大粒径2cm。下部垫层料厚40cm～60cm，可采用级配良好、内部结构稳定或自反滤稳定的碎石填筑，最大粒径4cm～8cm，小于5mm的颗粒含量宜为25％～50％，小于0.075mm的颗粒含量宜为4％～8％；压实后具有低压缩性、高抗剪强度，渗透系数宜为i×10^-3～10^-2cm/s；并具有良好的施工特性；一般不小于25t自行式振动碾碾压填筑。

基于上述布置型式，本实施例还提供一种全库盆PE土工膜防渗面板的施工方法，步骤如下：

S1、构筑库坡和库底，分层碾压填筑库坡或库底上的下支持层，并剔除表面的超径颗粒；

S2、于所述库坡和库底之间的平面转弯衔接处现浇库底混凝土连接板或混凝土排水观测廊道，并在混凝土结构缝处施工第二止水锚固件进行锚固封闭处理；

S3、于所述库坡的立面转弯衔接处现浇库坡混凝土连接板，并在混凝土结构缝处施工第二止水锚固件进行锚固封闭处理；

S4、摊铺位于所述库坡及库底上的PE土工膜防渗面板，并在其与第一、第二混凝土连接结构的交接处施工第一止水锚固件进行锚固封闭处理；

S5、摊铺位于所述库底PE土工膜防渗面板上的上保护层，并压覆成型。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：包括由石料或地基碾压填筑而成的库坡以及库底，所述库坡和库底上均摊铺有一定厚度的PE土工膜防渗面板；所述库坡和库底之间的平面转弯衔接处周向布置有第一混凝土连接结构，且该第一混凝土连接结构的两侧边分别与摊铺于所述库坡和库底上的PE土工膜防渗面板锚固连接；所述库坡的立面转弯衔接处均布置有第二混凝土连接结构，且该第二混凝土连接结构的两侧边分别与摊铺于所述库坡上的PE土工膜防渗面板锚固连接。

2.根据权利要求1所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：所述PE土工膜防渗面板与库底、库坡之间分别密实填充有下支持层。

3.根据权利要求1或2所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：对应于所述库底位置的PE土工膜防渗面板上方压覆有上保护层。

4.根据权利要求1所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：所述第一、第二混凝土连接结构与PE土工膜防渗面板之间均采用第一止水锚固件进行锚固封闭处理；所述第一、第二混凝土连接结构的结构缝处均设置第二止水锚固件进行锚固封闭处理。

5.根据权利要求1所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：所述第一混凝土连接结构为库底混凝土连接板或混凝土排水观测廊道。

6.根据权利要求1所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：所述第二混凝土连接结构为库坡混凝土连接板。

7.根据权利要求1所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式，其特征在于：所述PE土工膜防渗面板采用两布一膜结构的复合土工膜，其上、下两层土工布规格为10kN/m～20kN/m，土工膜厚度为1mm～2mm。

8.一种如权利要求1所述的全库盆PE土工膜防渗面板布置型式的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构筑库坡和库底，分层碾压填筑库坡或库底上的下支持层，并剔除表面的超径颗粒；

S2、于所述库坡和库底之间的平面转弯衔接处浇筑形成第一混凝土连接结构，并在混凝土结构缝处施工第二止水锚固件进行锚固封闭处理；

S3、于所述库坡的立面转弯衔接处浇筑形成第二混凝土连接结构，并在混凝土结构缝处施工第二止水锚固件进行锚固封闭处理；

S4、摊铺位于所述库坡及库底上的PE土工膜防渗面板，并在其与第一、第二混凝土连接结构的交接处施工第一止水锚固件进行锚固封闭处理；

S5、摊铺位于所述库底PE土工膜防渗面板上的上保护层，并压覆成型。

9.根据权利要求8所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式的施工方法，其特征在于：所述上保护层与PE土工膜防渗面板之间设置有垫层，且该垫层可采用砂浆、泡沫塑料片材或针刺土工织物。

10.根据权利要求8所述的一种全库盆PE土工膜防渗面板布置型式的施工方法，其特征在于：所述下支持层包含上部垫层料和下部垫层料两层，其中上部垫层料采用厚度为10cm～20cm的中细砂碾压填筑，下部垫层料采用厚度为40cm～60cm的碎石填筑。

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