CN113818402A - 黏土心墙堆石坝的补强加固结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构及其施工方法。本发明适用于水利水电工程。本发明的技术方案为一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：在该堆石坝的黏土心墙内、黏土心墙中部的上下游各钻设有一排钻孔，钻孔由堆石坝坝顶向下延伸至基础混凝土底座，钻孔内填充有灌浆材料；所述黏土心墙中部、两排所述钻孔之间设有混凝土防渗墙。两排所述钻孔分别位于黏土心墙的中部偏上游、下游各1m处。所述钻孔孔径为0.1～0.2m，同排钻孔之间的孔距0.5～1.0m。所述灌浆材料包括水泥和粉细沙土，水泥和粉细沙土的质量比为3:7～5:5；根据坝体渗漏、心墙破坏情况确定灌浆材料比例，渗漏越严重，粉细砂土比例越高。

Description

黏土心墙堆石坝的补强加固结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构及其施工方法。适用于水利水电工程。
背景技术
对于已建的黏土心墙堆石坝而言，由于施工质量不佳、基础地质条件复杂、坝基处理措施不到位等原因，部分工程在经过一段时间运行后，发现大坝心墙防渗体、基础灌浆遭受了一定程度的破坏，坝后渗漏量明显增大，远超同类工程，有的甚至在下游坝坡上出现渗水，不得不降低库水位或放空水库进行修补。修补措施一般为大坝拆除重建，或在原心墙部位增设一道防渗墙，以取代原设计防渗体，上述做法存在的问题主要有以下几个方面：
1、由于心墙防渗体遭受严重破坏，拆除重建是较为稳妥的方案。但是，此方案不但耗费大量工程资金，还会导致该工程长时间无法发挥发电、防洪、灌溉的正常功能，其经济效益、社会效益的巨大损失是无法估量的。
2、在原心墙部位增设一道防渗墙方案，虽然可以重置防渗系统，但因部分心墙及其附近的过渡料在水力作用下形成规模较大的裂缝、空洞，混凝土防渗墙上、下游缺乏有效的保护和支撑，同时由于其刚度大，与原坝体变形不协调，重新蓄水运行后，极易再次造成重置防渗墙的损坏或破坏。
3、由于心墙防渗体存在明显缺陷，其上、下游的过渡料也大量流失，现有的不拆除的补强加固方案，无法重置心墙周围的过渡料、阻止坝体细颗粒流失，坝体渗透稳定问题突出。
4、现有的不拆除的补强加固方案，由于方案上的不完善，难以承受水库高水头作用，耐久性差，用不了几年，还要再次补强加固，造成大量的人力、物力资源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在问题，提供一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构及其施工方法。
本发明所采用的技术方案是：一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：在该堆石坝的黏土心墙内、黏土心墙中部的上下游各钻设有一排钻孔，钻孔由堆石坝坝顶向下延伸至基础混凝土底座，钻孔内填充有灌浆材料；所述黏土心墙中部、两排所述钻孔之间设有混凝土防渗墙。
两排所述钻孔分别位于黏土心墙的中部偏上游、下游各1m处。
所述钻孔孔径为0.1～0.2m，同排钻孔之间的孔距0.5～1.0m。
所述灌浆材料包括水泥和粉细沙土，水泥和粉细沙土的质量比为3:7～5:5；根据坝体渗漏、心墙破坏情况确定灌浆材料比例，渗漏越严重，粉细砂土比例越高。
所述混凝土防渗墙采用低弹模、低标号塑性混凝土防渗墙，防渗墙混凝土指标：弹性模量E＝400～1000MPa；渗透系数K＜1×10-7cm/s；抗压强度5～8MPa；水灰比0.75。
所述混凝土防渗墙墙体厚度0.4～0.8m。
所述混凝土防渗墙内埋设有用于为黏土心墙下方坝基帷幕进行补强灌浆的预留灌浆管。
采用依次铺设于堆石坝下游坡面上的反滤料、过渡料及表面护坡替换下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下原有护坡结构。
所述反滤料厚20～40cm，填筑及碾压参数可同堆石坝的上游反滤料；过渡料厚度40～80cm，填筑及碾压参数可同上游过渡料；表面护坡为干砌石、浆砌石或混凝土预制块，干砌石、浆砌石厚度0.3～0.6m，混凝土预制块厚度约0.10m。
一种所述黏土心墙堆石坝的补强加固结构的施工方法，其特征在于：
S1、在黏土心墙的中心线上游、下游分别布置1排钻孔，钻孔内进行充填式灌浆；
S2、钻孔内灌浆材料达到一定强度后，在黏土心墙的中部浇筑低弹模、塑性混凝土防渗墙，在混凝土防渗墙内埋设预留灌浆管；
S3、当混凝土防渗墙达到75％强度时，通过预留灌浆管对黏土心墙下方坝基帷幕进行补强灌浆处理；
S4、拆除大坝下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下的护坡结构及部分下游坝壳料，沿下游坝坡坡面依次铺设反滤料、过渡料及恢复表面护坡；
S5、修复坝顶路面结构。
本发明的有益效果是：
1、本发明在黏土心墙中部上下游分别钻设一排钻孔并进行充填式灌浆，堵住了较为通畅的渗流通道，为重置的混凝土防渗墙提供了有效保护和支撑。
2、本发明中混凝土防渗墙采用低弹模、低标号塑性混凝土防渗墙，从而达到了与堆石坝原坝体最大程度保持变形协调的目的。
3、本发明在钻孔中灌注的灌浆材料为水泥和粉细沙土，利用粉细沙土补充堆石坝黏土心墙两侧流失的过渡料，在运行期若混凝土防渗墙出现裂缝，粉细沙土在水力作用下可以充填塑性混凝土防渗墙中的裂缝，达到自愈的良好效果。
4、本发明拆除了堆石坝原设计下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下的护坡结构及部分下游坝壳料，增设反滤料、过渡料及恢复表面护坡，阻止了坝体细颗粒流出坝体，而且较好地控制或减缓了堆石坝坝体细颗粒的流失程度，避免了少量坝体细颗粒穿过了堆石坝新填筑的防渗体，长时间积累可能造成的严重后果。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
1、坝顶防浪墙；2、坝顶公路；3、上游护坡；4、上游坝壳料；5、上游过渡料；6、上游反滤料；7、黏土心墙；8、下游反滤料；9、下游过渡料；10、下游坝壳料；11、下游护坡；12、基础混凝土底座；13、坝基帷幕；14、坝基；15、心墙上游钻孔；16、心墙下游钻孔；17、混凝土防渗墙；18、预留灌浆管；19、补强灌浆；20、反滤料；21、过渡料；22、表面护坡。
具体实施方式
本实施例为一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构，堆石坝包括黏土心墙和依次设置于黏土心墙上游的上游反滤料、上游过渡料、上游坝壳料和上游护坡，以及依次设置于黏土心墙下游的下游反滤料、下游过渡料、下游坝壳料和下游护坡，堆石坝顶部设有坝顶防浪墙和坝顶公路，黏土心墙下方设有基础混凝土底座和坝基帷幕。
本例中坝顶防浪墙一般高度1.0～5.0m，设置于土石坝上游，与黏土心墙紧密连接。坝顶公路一般宽度4.0～12.0m，重要性高、大坝级别、水头高的，取大值。于上游护坡一般为干砌石、浆砌石或混凝土预制块，干砌石、浆砌石厚度0.3～0.6m，混凝土预制块厚度约0.10m。上游坝壳料是黏土心墙堆石坝的上游填筑料，一般采用质地坚硬的石料或砂砾石料填筑。上游过渡料宽度3.0～6.0m，根据工程重要性、运用水头确定，对上游反滤料起到反滤保护作用，上游过渡料一般采用质地坚硬、级配良好的石料填筑，小于5mm颗粒含量25％～40％，小于0.075mm颗粒含量不超过5％，自由排水。上游反滤料宽度2.0～4.0m，根据工程重要性、运用水头确定，对粘土心墙起到反滤保护作用，根据坝料级配计算确定设置一层反滤料或两层反滤料。反滤料一般采用质地坚硬、级配良好的石料填筑，最大粒径不大于10cm，小于0.075mm颗粒含量不超过5％，渗透系数1×10-4～1×10-2cm/s。黏土心墙是大坝的防渗体，渗透系数不大于10-5cm/s，心墙顶部宽度不小于3m，底部宽度不小于水头的1/4。下游反滤料设计可同上游反滤料；下游过渡料设计可同上游过渡料。下游坝壳料是黏土心墙堆石坝的下游填筑料，根据工程土石方平衡成果，因地制宜设计。可采用质地坚硬的石料或砂砾石料填筑，也可在高高程采用部分全、强风化石料填筑。下游护坡一般为干砌石、浆砌石或混凝土预制块，干砌石、浆砌石厚度0.3～0.6m，混凝土预制块厚度约0.10m。基础混凝土底座为钢筋混凝土结构，混凝土标号不低于C25，厚度不小于1m。坝基帷幕采用水泥、超细水泥或者化学灌浆，孔间距一般1.0～2.0m。
本实施例中堆石坝若是坐落于基岩，心墙基础设置混凝土底座并进行基础帷幕灌浆；若是坐落于深厚覆盖层，一般设置基础混凝土底座，下设混凝土防渗墙，并进行基础帷幕灌浆处理。
如图1所示，本实施例中在黏土心墙的中心线偏上、下游1m的位置分别布置1排钻孔，分别为心墙上游钻孔和心墙下游钻孔，其中对于心墙上游钻孔的孔径0.1m～0.2m，钻孔间距为0.5～1.0m，钻孔内进行充填式灌浆，灌浆材料为水泥+粉细沙土，比例一般3:7～5:5，根据坝体渗漏、心墙破坏情况确定灌浆材料比例，渗漏越严重，粉细砂土比例越高，灌浆压力不超过0.05MPa或无压灌浆；心墙下游钻孔的孔径0.1m～0.2m，钻孔间距为0.5～1.0m，钻孔内进行充填式灌浆，灌浆材料、灌浆压力同上游充填式灌浆。
本实施例在黏土心墙中部、心墙上游钻孔和心墙下游钻孔之间区域设有混凝土防渗墙，混凝土防渗墙为低弹模、低标号、塑性混凝土防渗墙，防渗墙混凝土指标：弹性模量E＝400～1000MPa；渗透系数K＜1×10-7cm/s；抗压强度5～8MPa；水灰比0.75，混凝土防渗墙厚度0.4～0.8m，工程重要性高、承受水头大的取大值。混凝土防渗墙施工前宜先进行施工试验，以取得有关造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等资料；防渗墙施工应严格按照现行行业标准《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》及相关工程混凝土防渗墙施工技术要求进行施工。
本实施例中混凝土防渗墙内沿其中心线埋设有若干用于为黏土心墙下方坝基帷幕进行补强灌浆的预留灌浆管。
本例采用依次铺设于堆石坝下游坡面上的反滤料、过渡料及表面护坡替换下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下原有护坡结构，其中反滤料厚20～40cm，填筑及碾压参数可同堆石坝的上游反滤料；过渡料厚度40～80cm，填筑及碾压参数可同上游过渡料；表面护坡为干砌石、浆砌石或混凝土预制块，干砌石、浆砌石厚度0.3～0.6m，混凝土预制块厚度约0.10m。
本实施例中黏土心墙堆石坝补强加固结构的施工方法，包括如下步骤：
S1、在坝顶公路上、原设计黏土心墙的中心线往上游、下游各1m的位置各布置1排钻孔，钻孔孔底至下方基础混凝土底座顶部。钻孔孔径0.1m～0.2m，孔间距0.5～1.0m；钻孔内进行充填式灌浆，灌浆材料为水泥+粉细沙土，比例一般3:7～5:5，根据坝体渗漏、心墙破坏情况确定灌浆材料比例，渗漏越严重，粉细砂土比例越高，灌浆压力不超过0.05MPa或无压灌浆。
S2、填充式灌浆完成7天后(灌浆材料达到一定强度后)，在坝顶公路上、原设计黏土心墙的中部浇筑混凝土防渗墙，墙底至基础混凝土底座顶部，墙厚0.4～0.8m，工程重要性高、承受水头大的取大值。混凝土防渗墙中心线上埋设φ10cm的PVC管，作为预留灌浆管，管间距1.0～2.0m。
混凝土防渗墙施工前宜先进行施工试验，以取得有关造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等资料；防渗墙施工应严格按照现行行业标准《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》及相关工程塑性混凝土防渗墙施工技术要求进行施工。
S3、当混凝土防渗墙达到75％强度时，通过预留灌浆管对原有坝基帷幕灌浆进行补强灌浆处理。灌浆孔间距同PVC灌浆管，孔深同原大坝设计孔深，可采用水泥、超细水泥或者化学灌浆，分3序孔灌浆，灌浆压力0.4MPa～2.5MPa。
S4、拆除大坝下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下的下游护坡及部分下游坝壳料，沿下游坝坡坡面依次铺设反滤料、过渡料及表面护坡。
其中反滤料厚20～40cm，填筑及碾压参数可同上游反滤料。过渡料厚度一般40～80cm，填筑及碾压参数可同上游过渡料。表面护坡一般为干砌石、浆砌石或混凝土预制块，干砌石、浆砌石厚度0.3～0.6m，混凝土预制块厚度约0.10m。
S5、根据美观需要或业主要求，对坝顶路面进行修复。
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混凝土面板堆石坝防止压性垂直缝挤压破坏的防渗面板布置型式及施工方法，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“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”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。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“夹设”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)

1.一种黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：在该堆石坝的黏土心墙内、黏土心墙中部的上下游各钻设有一排钻孔，钻孔由堆石坝坝顶向下延伸至基础混凝土底座，钻孔内填充有灌浆材料；所述黏土心墙中部、两排所述钻孔之间设有混凝土防渗墙。
2.根据权利要求1所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：两排所述钻孔分别位于黏土心墙的中部偏上游、下游各1m处。
3.根据权利要求1或2所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：所述钻孔孔径为0.1～0.2m，同排钻孔之间的孔距0.5～1.0m。
4.根据权利要求1所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：所述灌浆材料包括水泥和粉细沙土，水泥和粉细沙土的质量比为3:7～5:5；根据坝体渗漏、心墙破坏情况确定灌浆材料比例，渗漏越严重，粉细砂土比例越高。
5.根据权利要求1所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：所述混凝土防渗墙采用低弹模、低标号塑性混凝土防渗墙，防渗墙混凝土指标：弹性模量E＝400～1000MPa；渗透系数K＜1×10-7cm/s；抗压强度5～8MPa；水灰比0.75。
6.根据权利要求1或5所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：所述混凝土防渗墙墙体厚度0.4～0.8m。
7.根据权利要求1所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：所述混凝土防渗墙内埋设有用于为黏土心墙下方坝基帷幕进行补强灌浆的预留灌浆管。
8.根据权利要求1所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：采用依次铺设于堆石坝下游坡面上的反滤料、过渡料及表面护坡替换下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下原有护坡结构。
9.根据权利要求8所述的黏土心墙堆石坝的补强加固结构，其特征在于：
所述反滤料厚20～40cm，填筑及碾压参数可同堆石坝的上游反滤料；过渡料厚度40～80cm，填筑及碾压参数可同上游过渡料；表面护坡为干砌石、浆砌石或混凝土预制块，干砌石、浆砌石厚度0.3～0.6m，混凝土预制块厚度约0.10m。
10.一种权利要求1～9任意一项所述黏土心墙堆石坝的补强加固结构的施工方法，其特征在于：
S1、在黏土心墙的中心线上游、下游分别布置1排钻孔，钻孔内进行充填式灌浆；
S2、钻孔内灌浆材料达到一定强度后，在黏土心墙的中部浇筑低弹模、塑性混凝土防渗墙，在混凝土防渗墙内埋设预留灌浆管；
S3、当混凝土防渗墙达到75％强度时，通过预留灌浆管对黏土心墙下方坝基帷幕进行补强灌浆处理；
S4、拆除大坝下游坝坡校核洪水位以下或下游坝坡渗漏出水点以下的护坡结构及部分下游坝壳料，沿下游坝坡坡面依次铺设反滤料、过渡料及表面护坡；
S5、修复坝顶路面结构。
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