CN114561913A - 一种砼面板堆石坝的排水分区结构 - Google Patents

Abstract

一种砼面板堆石坝的排水分区结构，包括混凝土面板、垫层区、位于混凝土面板和垫层区之间的防冻排水区、与防冻排水区相连的排水通道；所述防冻排水区的顶部高程高于最高库水位、底部高程低于最低库水位；所述防冻排水区将透过混凝土面板渗入坝体的水分收集后经过排水通道排出坝体。本排水分区结构能够有效地排出经过砼面板渗透到坝体垫层区内的水，使垫层料内的水位在水库水位降落期快速地降低，保证了寒冷地区砼面板堆石坝垫层料不会发生冻胀破坏，提高了坝体的安全可靠性，并且具有施工方法简单，工程量较少等优点。

Description

一种砼面板堆石坝的排水分区结构

技术领域

本发明涉及水利水电大坝工程技术领域，尤其涉及砼面板堆石坝的排水分区技术领域。

背景技术

水利水电大坝工程中，砼面板堆石坝具有经济环保和对地质条件要求较低等优势，在工程界应用广泛。随着我国在西北西南等寒冷地区水电大开发，会越来越多涉及到砼面板堆石坝这种坝型。一般面板坝的垫层料为半透水料，渗透系数要求在1×(10^-3～10^-4)cm/s，但是处在寒冷地区的砼面板堆石坝的垫层料有特殊的要求，行业标准NB/T 10871-2021《混凝土面板堆石坝设计规范》第5.2.1条之规定，寒冷地区及抽水蓄能电站的垫层料渗透系数宜为1×10^-2～1×10^-3cm/s。受料源限制，有些寒冷地区的面板堆石坝的垫层料，渗透系数仅为1×10^-4cm/s，很难达到1×10^-3cm/s以上，尤其是筑坝料为软弱岩石的面板坝工程，筑坝料碾压后渗透系数较坚硬岩石的筑坝料的渗透系数低1～2个数量级，达不到半透水料性能要求，难以满足行业标准NB/T 10871-2021《混凝土面板堆石坝设计规范》中“寒冷地区及抽水蓄能电站的垫层料渗透系数宜为1×10^-2～1×10^-3cm/s”的要求；而且目前常规的砼面板堆石坝没有设置用于迅速排出垫层料内渗入水分的排水区。综合上述情况，带来的问题就是寒冷地区的水电大坝由于垫层料的渗透系数较小，不能够快速地降低垫层料内的水位，水位变动区的垫层料饱水易冻胀，可能造成其上游侧的防渗砼面板因垫层料冻胀而产生的应力过大致使其被破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止寒冷地区砼面板堆石坝垫层料冻胀破坏的新型排水分区结构，所要解决的技术问题是为了解决寒冷地区砼面板堆石坝由于不能够快速地降低垫层料内的水位，导致其上游侧的防渗砼面板因垫层料冻胀而产生的应力过大致使其被破坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是提供一种砼面板堆石坝的排水分区结构，包括混凝土面板、垫层区、位于混凝土面板和垫层区之间的防冻排水区、与防冻排水区相连的排水通道；防冻排水区的顶部高程高于最高库水位、底部高程低于最低库水位；防冻排水区将透过混凝土面板渗入坝体的水分收集后经过排水通道排出坝体。

排水通道包括倾斜段排水通道和水平段排水通道。

防冻排水区的材料级配满足自由排水要求并与相邻坝料满足反滤要求；所述排水通道的材料级配与相邻坝料满足反滤要求

防冻排水区的坡度和混凝土面板底部坡度相同。

防冻排水区的厚度满足大坝施工地的冻土深度要求，且最小厚度为0.5m。

优选地，防冻排水区顶部高程高于最高库水位0～1m，底部高程低于最低库水位0.5m～1.5m。

优选地，防冻排水区的材料渗透系数大于1×10^-1cm/s。

优选地，水平段排水通道和倾斜段排水通道的厚度为1～2m，倾斜段排水通道的坡度为1:1～1:2。

本发明的排水分区结构还可以包括下游底部排水区，水平段排水通道只在坝体上游铺设，且与下游底部排水区水平相通。

上述的防冻排水区和排水通道可以为通长平铺；也可以为防冻排水区为通长平铺，排水通道为条带状平铺，条带宽度为1.5m～3m，各条带中心线间距为5m～10m。

本发明的砼面板堆石坝的排水分区结构能够将透过混凝土面板渗入坝体的水经防冻排水区收集后通过排水通道直接排出库外，或者通过排水通道流至下游底部排水区再排出库外，且防冻排水区和排水通道所使用的材料级配与相邻坝料应满足反滤要求，不会让水倒流，从而大大减少渗入垫层料的水量，使垫层料内的水位在水库水位降落期快速地降低；这种排水分区结构尤其适用于寒冷地区的水电大坝，保证了寒冷地区砼面板堆石坝垫层料不会发生冻胀破坏，提高了坝体的安全可靠性，并且具有施工方法简单，工程量较少等优点。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2是实施例二的结构示意图；

图3是实施例三的排水通道为条带状平铺的结构示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，现举较佳实施例并结合图示进行详细说明。

实施例一：

参看图1。

本实施例中，砼面板堆石坝的排水分区结构包括包括混凝土面板1、垫层区2、位于混凝土面板和垫层区之间的防冻排水区3、与防冻排水区相连的排水通道4；防冻排水区3的顶部高程高于最高库水位、底部高程低于最低库水位；防冻排水区3将透过混凝土面板1渗入坝体的水分收集后经过排水通道4排出坝体。防冻排水区3和排水通道4均通长平铺布置于坝体内部。

本实施例的具体实施方法如下：

第一步，确定排水区各段的设置部位及施工要求

1)防冻排水区3

根据上游最高库水位和最低库水位确定防冻排水区3的设置位置，防冻排水区3顶部高程要高于最高库水位，防冻排水区3底部高程要低于最低库水位，从而水库各个部位经过混凝土面板1渗入大坝内的水分均能流入排水分区；再从节省材料成本和人工成本角度考虑，优选防冻排水区3顶部高程要高于最高库水位0～1m，底部高程低于最低库水位0.5m～1.5m；防冻排水区3通长平铺于混凝土面板1和垫层区2之间，其坡度和混凝土面板1底部坡度相同，一般为1:1.4～1:1.6，其材料级配应满足自由排水要求，优选渗透系数大于1×10^-1cm/s的材料。

2)排水通道4

排水通道4由倾斜段排水通道41和水平段排水通道42连接而成。

倾斜段排水通道41倾斜铺设于垫层区2、过渡区5和上游堆石区7内，主要位于坝体的上游堆石区7内，上部与防冻排水区3连接，下部与水平段排水通道42相连，倾斜段排水通道41的坡度为1:1～1:2，

水平段排水通道42水平铺设于上游堆石区7和下游堆石区8内，前端与倾斜段排水通道41相连，穿过上游堆石区7和下游堆石区8，后端穿过下游护坡9与下游库外相通。根据下游的最高水位确定水平段排水通道42底部的高程，该高程高于下游的最高水位即可。

第二步，施工趾板10

施工完成的趾板10高程不应低于大坝填筑高程；

第三步，填筑倾斜段排水通道41和水平段排水通道42下部的料层，

分层分区填筑特殊垫层区6、垫层区2、过渡区5、上游堆石区7、下游堆石区8、下游护坡9至倾斜段排水通道41和水平段排水通道42的底部高程；

第四步，施工倾斜段排水通道41和水平段排水通道42

倾斜段排水通道41和水平段排水通道42的厚度为1～2m。

第五步，填筑倾斜段排水通道41和水平段排水通道42上部的料层，同时施工防冻排水区3

处理好倾斜段排水通道41和水平段排水通道42后，在倾斜段排水通道41和水平段排水通道42的上部分层分区填筑垫层区2、特殊垫层区6、过渡区5、上游堆石区7、下游堆石区8、下游护坡9直至坝顶，在进行上述填筑的同时施工防冻排水区3。防冻排水区3通长平铺于混凝土面板1和垫层区2的上部表面，其坡度和混凝土面板1底部坡度相同，一般为1:1.4～1:1.6，其材料级配应满足自由排水要求，优选渗透系数大于1×10^-1cm/s的材料；防冻排水区3的厚度满足大坝施工地的冻土深度要求，且最小厚度为0.5m。

第六步，施工混凝土面板1

在防冻排水区3的上部及其他上游位置表面施工混凝土面板1。

实施例二：

参看图2。

本实施例中，砼面板堆石坝的排水分区结构包括包括混凝土面板1、垫层区2、位于混凝土面板和垫层区之间的防冻排水区3、与防冻排水区相连的排水通道4、下游底部排水区11；防冻排水区3的顶部高程高于最高库水位、底部高程低于最低库水位；防冻排水区3将透过混凝土面板1渗入坝体的水分收集后经过排水通道4流至下游底部排水区11然后排出坝体。防冻排水区3和排水通道4均通长平铺布置于坝体内部。

实施例二与实施例一相比，其不同之处在于：坝体下游设置有下游底部排水区11，坝内水平段排水通道42只在坝体上游铺设，与下游底部排水区11水平相通即可。

本实施例的具体施工方法如下：

第一步，确定排水区各段的设置部位及施工要求

1)防冻排水区3

同实施例一；

2)排水通道4

水平段排水通道42水平铺设于上游堆石区7内，前端与倾斜段排水通道41相连，穿过上游堆石区7，后端与下游底部排水区11相通，其顶部与下游底部排水区11的顶部平齐

排水通道4其余内容部分同实施例一；

3)下游底部排水区11

下游底部排水区11从坝底开始修筑，施工方式及要求与常规的大坝底部排水区的一致。

第二步，施工趾板10

同实施例一。

第三步，填筑倾斜段排水通道41和水平段排水通道42下部的料层

分层分区填筑特殊垫层区6、垫层区2、过渡区5、上游堆石区7、下游底部排水区11、下游护坡9，直至倾斜段排水通道41和水平段排水通道42的底部高程；

第四步，施工倾斜段排水通道41和水平段排水通道42，同时完成下游排水区1的施工

在进行倾斜段排水通道41和水平段排水通道42施工的同时完成下游底部排水区11的施工，水平段排水通道42与下游底部排水区11水平相通且二者顶部高程一致，倾斜段排水通道41和水平段排水通道42的厚度为1～2m。

第五步，填筑倾斜段排水通道41、水平段排水通道42和下游底部排水区11上部的料层，同时施工防冻排水区3

完成倾斜段排水通道41、水平段排水通道42和下游底部排水区11的施工后，在其上部分层分区填筑垫层区2、特殊垫层区6、过渡区5、上游堆石区7、下游堆石区8、下游护坡9直至坝顶，在进行上述填筑的同时施工防冻排水区3，实施例一中第五步提及的关于防冻排水区3的内容适用于本步骤。

第六步，施工混凝土面板1

同实施例一。

实施例三：

参看图1～图3。

本实施例是在实例一和实施例二的所有内容基础上，将倾斜段排水通道41和水平段排水通道42由通长平铺布置调整为条带状布置，条带12宽度为1.5m～3m，各条带12中心线间距为5m～10m，这种条带12状的结构可以更加节省排水区材料。

在施工时，倾斜段排水通道41和水平段排水通道42的条带12中间使用其所在大坝层(如垫层区2、过渡区5、上游堆石区7或下游堆石区8)的相应坝料进行填筑。

在上述所有实施例中的大坝整个施工过程中要注意防冻排水区3和排水通道4附近的区料不能侵占其位置，否则易造成防冻排水区3和排水通道4堵塞。

防冻排水区3和排水通道4的材料级配与相邻坝料应满足反滤要求，否则应铺设反滤材料，优选反滤土工布。这种反滤要求保证了只有水分才能进入排水分区，除了水分之外不会让其它细颗粒坝料进入排水区，不会发生排水区被堵塞现象，更加保证了本发明的排水分区结构的排水性能。

上述所有实施例的设置有排水区的砼面板堆石坝在使用过程中，透过混凝土面板渗入坝体的水分经防冻排水区收集后通过排水通道直接排出库外，或者通过排水通道流至下游底部排水区再排出库外，且防冻排水区和排水通道所使用的材料级配与相邻坝料应满足反滤要求，更加保证了本发明的排水分区结构的排水性能，从而使垫层料内的水位在水库水位降落期会快速地降低；这种排水分区结构尤其适用于寒冷地区的水电大坝，寒冷地区的砼面板堆石坝水电大坝由于水分经混凝土面板直接渗入垫层区且垫层料的渗透系数较小，垫层料中的积水长时间排不出很容易导致垫层料饱水冻胀的危险现象发生，采用本发明的排水分区结构保证了寒冷地区砼面板堆石坝垫层料不会发生冻胀破坏，提高了坝体的安全可靠性，并且具有施工方法简单，工程量较少等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能认定本发明的具体实施只局限于这些实施例，且不能用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种砼面板堆石坝的排水分区结构，其特征在于，包括混凝土面板、垫层区、位于混凝土面板和垫层区之间的防冻排水区、与防冻排水区相连的排水通道；所述防冻排水区的顶部高程高于最高库水位、底部高程低于最低库水位；所述防冻排水区将透过混凝土面板渗入坝体的水分收集后经过排水通道排出坝体。

2.根据权利要求1所述的排水分区结构，其特征在于，排水通道包括倾斜段排水通道和水平段排水通道。

3.根据权利要求1～2任一所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区的材料级配满足自由排水要求并与相邻坝料满足反滤要求；所述排水通道的材料级配与相邻坝料满足反滤要求。

4.根据权利要求3所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区的坡度和混凝土面板底部坡度相同。

5.根据权利要求4所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区的厚度满足大坝施工地的冻土深度要求，且最小厚度为0.5m。

6.根据权利要求5所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区顶部高程高于最高库水位0～1m，底部高程低于最低库水位0.5m～1.5m。

7.根据权利要求6所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区的材料渗透系数大于1×10^-1cm/s。

8.根据权利要求7所述的排水分区结构，其特征在于，所述水平段排水通道和倾斜段排水通道的厚度为1～2m，倾斜段排水通道的坡度为1:1～1:2。

9.根据权利要求8所述的排水分区结构，其特征在于，还包括下游底部排水区，所述水平段排水通道只在坝体上游铺设，且与所述下游底部排水区水平相通。

10.根据权利要求4～9任一所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区和排水通道均通长平铺。

11.根据权利要求4～9任一所述的排水分区结构，其特征在于，所述防冻排水区为通长平铺，所述排水通道为条带状平铺，条带宽度为1.5m～3m，各条带中心线间距为5m～10m。

Images