CN114592484A - 废石坝和废石坝筑坝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废石坝和废石坝的筑坝方法。废石坝包括依次叠置的若干坝体层，所述坝体层包括位于上游的基础坝和位于下游的抛填平台，所述基础坝由碾压堆筑而成，所述抛填平台由抛填而成，所述抛填平台从所述基础坝的下游侧向下游方向延伸。本发明根据废石坝的物料性质及结构特点，结合地形条件，采用碾压筑坝与抛填筑坝相结合的方法，实现上游防渗层结构稳定，运行可靠，又大大降低筑坝成本，减少运输设备，大大加快施工作业进度。同时，还可以提前对基础进行预压处理，特别适用于大规模废石坝堆筑，特别是软基地区、高震区等复杂地质条件下的坝体填筑。

Description

废石坝和废石坝筑坝方法
技术领域
本发明涉及筑坝技术领域，尤其是涉及一种废石坝和废石坝筑坝方法。
背景技术
废石坝是利用剥离废弃物，包括废石、弃渣、弃土等堆筑的坝体，用于挡水、淤泥、砂、尾矿、矿渣、灰渣、垃圾等。废石坝有多种用途，即可以作为止挡结构挡水挡渣，又可以把废石、废渣等作为筑坝材料堆存，还可以作为堆场使用，废石筑坝的优点是规模大，适应性强，筑坝可利用材料多，其缺点是往往运距远，筑坝材料性质复杂，无法选择，物理力学指标不稳定。相比水坝，废石坝坝址选择余地不大，因此废石坝的特点往往是断面大，坝轴线长，工程量大。相关技术中的废石坝大多都是汽车运输、碾压设备分层填筑，由于废石量大，因此运输及碾压的成本居高不下，也有少数废石坝采用汽车抛填，某一标高，自上而下排废，结果是坝体变形大，防渗层非常容易断裂，造成渗漏事故。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种筑坝成本低、结构稳定的废石坝，本发明的实施例还提出一种废石坝的筑坝方法。
本发明实施例的废石坝，包括依次叠置的若干坝体层，所述坝体层包括位于上游的基础坝和位于下游的抛填平台，所述基础坝由碾压堆筑而成，所述抛填平台由抛填而成，所述抛填平台从所述基础坝的下游侧向下游方向延伸。
本发明根据废石坝的物料性质及结构特点，结合地形条件，采用碾压筑坝与抛填筑坝相结合的方法，实现上游防渗层结构稳定，运行可靠，又大大降低筑坝成本，减少运输设备，大大加快施工作业进度。同时，还可以提前对基础进行预压处理，特别适用于大规模废石坝堆筑，特别是软基地区、高震区等复杂地质条件下的坝体填筑。
在一些实施例中，所述废石坝的上游侧设有防渗层。
在一些实施例中，所述废石坝在上下游方向上的尺寸自下而上减小。
在一些实施例中，相邻两层坝体层中，上层坝体层的所述基础坝的底部堆筑于下层坝体层的所述抛填平台的顶部。
本发明另一方面实施例提出一种废石坝的筑坝方法，包括以下步骤：
步骤100：采用碾压堆筑的方法施工位于最底层的所述基础坝；
步骤200：采用抛填的方法施工位于最底层的所述抛填平台以形成最底层的所述坝体层；
步骤300：自下而上对所述坝体层依次进行施工，并且先对所述坝体层中所述基础坝进行施工。
在一些实施例中，步骤100具体包括：汽车运输砾石土至施工位置，碾压设备分层进行碾压，碾压6-8遍，碾压厚度1m，压实度0.96。
在一些实施例中，步骤200具体包括：采用排土机自上游向下游方向抛填筑坝，抛填高度30m-100m。
在一些实施例中，步骤300具体包括：所述基础坝经分期多次堆筑而成。
附图说明
图1是本发明实施例提供的废石坝的剖面图。
图2是本发明实施例提供的废石坝的俯视图。
图3是本发明实施例提供的废石坝的局部示意图。
图4是本发明实施例提供的废石坝的施工过程示意图。
附图标记：
废石坝100、坝体层110、基础坝111、基础子坝1111、抛填平台112、防渗层120、第一平台210、第二平台220、1号胶带31、2号胶带32、1号排土机41、2号排土机42、自卸汽车5、振动碾6。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据图1-图4描述本发明实施例提供的废石坝100的基础结构。本发明的实施例的废石坝100包括自下而上依次叠置的若干坝体层110。坝体层110包括位于上游的基础坝111和位于下游的抛填平台112。基础坝111由碾压堆筑而成，抛填平台112由抛填而成，抛填平台112从基础坝111的下游侧向下游方向延伸。需要说明的是，废石坝100的上游侧为其与水或渣接触的一侧，废石坝100的下游侧为与上游侧相对的一侧。
本发明实施例提供的废石坝100的上游部分由若干基础坝111组成，上游坡面由若干基础坝111的上游坡面拼接而成。废石坝100的中下游侧由若干抛填平台112组成，抛填平台112的靠近上游的一侧与基础坝111的下游侧相接，抛填平台112与与其对应的基础坝111在上下游方向上延伸，组成了废石坝100的坝体层110。
碾压堆筑而成的基础坝111经过碾压，具有较强的结构强度和稳固性，使得废石坝100的上游部分稳定可靠，不易变形断裂，主要目的是控制坝体沉降，为上游坡面的防渗层提供了稳定可靠的基础及垫层。可选地，基础坝111利用汽车即碾压设备分层碾压筑坝，严格控制干容重、压实度、孔隙率等指标。
抛填而成的抛填平台112没有经过碾压，抛填平台112的部分抛填区作为基础坝111的基础，部分抛填区作为堆载预压区，抛填平台112筑坝指标不做严格控制，依靠自重固结，主要目的是通过排土机实现规模化作业，降低整体筑坝成本。
本发明根据废石坝的物料性质及结构特点，结合地形条件，采用碾压筑坝与抛填筑坝相结合的方法，实现上游防渗层结构稳定，运行可靠，又大大降低筑坝成本，减少运输设备，大大加快施工作业进度。同时，还可以提前对基础进行预压处理，特别适用于大规模废石坝堆筑，特别是软基地区、高震区等复杂地质条件下的坝体填筑。
下面根据图1-图4详细描述本发明提供了一个具体实施例。
如图1所示，废石坝100包括自下而上依次叠置的五层坝体层110，且废石坝100在上下游方向上的尺寸自下而上减小。换言之，坝体层110在上下游方向上的最大长度在自下而上减小，需要说明的是，根据筑坝的常规结构原理，坝体层110的上游侧和下游侧均为坡面，坝体层110在上下游方向上的最大长度为其最底部的长度。可选地，坝体层110的上游侧的坡比为1：2，下游侧坡比为1:1.5。
可以理解的是，其他实施例中的废石坝100可以包括其他层数的坝体层110，具体层数可根据施工需要设计，本申请对此不做限制。
废石坝100的上游侧设有防渗层120。废石坝100的上游侧即其朝向水或渣的一侧，由于上游侧起到主要的挡水挡渣的作用，因此防渗层120的设置可以有效地提高废石坝100的防渗性能和使用寿命，避免水逐渐渗入废石坝100中，导致其变形甚至坍塌断裂，造成渗透事故。
如图3所示，相邻两层坝体层110中，上层坝体层110的基础坝111的底部堆筑于下层坝体层110的抛填平台112的顶部。也就是说，下层坝体层110的抛填平台112的部分抛填区作为上层坝体层110的基础坝111的基础，可以理解的是，下层坝体层110先于上层坝体层110构筑。
进一步地，如图3所示，相邻两层坝体层110中，上层坝体层110的基础坝111与下层坝体层110的基础坝111之间形成第一平台210。上层坝体层110的抛填平台112与下层坝体层110的抛填平台112之间形成第二平台220。车辆可以在第二平台220上移动。
本发明的实施例还提供了一种废石坝的筑坝方法，废石坝为上述任一项实施例中的废石坝100。筑坝方法主要包括以下步骤：
步骤100：采用碾压堆筑的方法施工位于最底层的基础坝111；
步骤200：采用抛填的方法施工位于最底层的抛填平台112以形成最底层的坝体层110；
步骤300：自下而上对坝体层110依次进行施工，并且先对坝体层110中基础坝111进行施工。
在一些实施例中，步骤100具体包括：汽车运输砾石土至施工位置，碾压设备分层进行碾压，碾压6-8遍，碾压厚度1m，压实度0.96，以形成最底层的基础坝111。可选地，基础坝111由土、石等当地材料经过分层碾压堆筑完成，碾压设备型号、行进速度、铺筑厚度、碾压遍数、加水量等可根据现场碾压试验确定，填筑标准可选用干容重、压实度、孔隙率等一种或者多种。
在一些实施例中，步骤200具体包括：采用排土机自上游向下游方向抛填筑坝，抛填高度30m-100m。
进一步地，抛填平台112的筑坝过程中，可以在局部采用推土机配合，靠近上游的抛填平台112优先抛填完成，为上层基础坝111提供基础，同时对下游的抛填平台112进行堆载预压，以缩短施工周期。
排土机作业通常在同一平台(同一标高)进行，结合地形条件，平面上通过移设胶带大范围展布作业，可以采用扇形排土，也可以采用矩形排土，发挥排土机处理量大，填筑速度快的特点。
抛填平台112根据地形特点、施工组织计划可分为多个平台，各平台可配套多条胶带及排土机接续作业或者同时作业，也可以根据施工计划，由一个或几个排土机移设作业，即第一台排土机完成第一个平台的抛填作业，再移设至第二个平台抛填作业，以此类推至第n个平台。胶带可以为固定胶带、移设胶带等，胶带用于连接排土机及料场，运送筑坝材料给排土机。胶带施工根据施工组织计划可以与基础坝建设同时进行，也可以提前建设。
在一些实施例中，步骤300具体包括：基础坝111经分期多次堆筑而成。作为示例，如图3所示，非底层的坝体层110的基础坝111分两期堆筑形成，经第一次施工形成体积较小的基础子坝1111后，再在基础子坝1111的基础上形成完整的基础坝111。图3中可以看出，第2-5层的坝体层110的基础坝111均分期堆筑而成。
可选地，基础子坝1111由土、石等当地材料经过分层碾压堆筑完成，碾压设备型号、行进速度、铺筑厚度、碾压遍数、加水量等可根据现场碾压试验确定，填筑标准可选用干容重、压实度、孔隙率等一种或者多种。进一步地，基础子坝1111可以根据抛填平台112的施工进度分期堆筑，也可以一次性堆筑。
下面根据图1-图4描述废石坝100的筑坝方法的一个具体实施例。
筑坝区域位于8度地震区，采用废石筑坝，废石来源为露天采场剥离废石，废石坝100计划坝高260m，坝顶标高1070m，坝顶宽255m(抗震要求)，上游坝坡坡比1:2，下游坝坡平均坡比1:3。防渗层120采用2mm厚土工膜，土工膜保护层采用土工布，垫层采用砂砾石混合料。地基覆盖层60m-90m，基础坝坝基开挖至持力层，剩余废石坝坝基的处理方式为清除腐殖土，大部分坝基位于第四系覆盖层上，采用堆载预压的方式处理。
具体筑坝步骤如下：
(1)施工最底层的基础坝111-1，坝顶标高895m，最大坝高71.5m，坝顶宽7m，上游防渗层120采用2mm厚土工膜，土工膜保护层采用土工布，垫层采用砂砾石混合料。基础坝111-1采用砾石土分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，压实度0.96，基建期完成，施工工期24个月，作为废石坝100的支撑体。
(2)施工1号胶带31，1号胶带31分为固定胶带和移设胶带，基建期施工，施工工期12个月。其中固定胶带为下运胶带，由标高1070m至标高895m，尾转载点之间的水平长度约870m，提升高度为-175m，角度为-11.37°，带宽1.8m，带速4m/s，带强ST4500，功率3×1250kW。移设胶带为水平胶带，标高895m，水平运输距离910m，带宽1800mm，带强ST2000，带速4m/s，单电机单滚动驱动，电机功率1400kW。
(3)安装1号排土机41，处理规模6400t/h，基建期施工，施工工期6个月。
(4)施工最底层的抛填平台112-1，采用1号排土机41抛填，平台标高895m，采用扇形排土方式，抛填高度30m-100m，平台平均宽度2000m，长2288m，局部采用推土机配合，从上游向下游施工，靠近上游的平台(宽2400m，长350m)提前6个月抛填完成，为上层基础坝111提供基础，同时对下游坝体基础进行堆载预压。
基建期完成上游平台(宽2400m，长350m)，生产第1年1-6月自重固结，整个平台42月完成，即生产第3年12月填筑完毕。
(5)施工第二层坝体层110的基础子坝1111，坝顶标高920m，坝高25m，上游防渗层结构同底层基础坝111，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第1年第6-12月完成堆筑，用于挡库内尾砂。
(6)施工第二层坝体层110的基础坝111-2，坝顶标高940m，坝高20m，上游防渗层结构同基础子坝1111，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第2年第1-6月堆筑完成，用于挡库内尾砂。
(7)施工2号胶带32，2号胶带32分为固定胶带和移设胶带，施工工期12个月，生产第1年施工完成。其中固定胶带为下运胶带，由标高1070m至标高940m，最长延长至2400m，带宽1.8m，带速4m/s，带强最大增加到ST3150，最大功率3×1400kW。移设胶带为水平胶带，同1号胶带31。
(8)安装2号排土机42，处理规模6400t/h，施工工期6个月，生产第2年底1-6月完成安装。
(9)施工第二层坝体层110的抛填平台112-2，采用2号排土机42抛填，平台标高940m，采用扇形排土方式，抛填高度80m，平台平均宽度2200m，长1860m，局部采用推土机配合，从上游向下游施工，靠近上游的平台(宽2400m，长350m)优先抛填完成，为上层基础坝111提供基础，同时对下游坝体基础进行堆载预压。
上游平台(宽2400m，长350m)生产第2年6-12月堆筑完成，生产第3年1-6月自重固结，整个平台42月完成，即生产第5年12月填筑完毕。
(10)施工第三层坝体层110的基础子坝1111,坝顶标高960m，坝高20m，上游防渗层结构同上一级子坝，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第3年第6-12月完成堆筑，用于挡库内尾砂。
(11)施工第三层坝体层110的基础坝111-3，坝顶标高980m，坝高20m，上游防渗层结构同上一级子坝，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第4年第1-6月堆筑完成，用于挡库内尾砂。
(12)移设1号胶带31及1号排土机41至1020m标高，工期6月，即生产第4年1-6月完成施工。
(13)施工第三层坝体层110的抛填平台112-3，采用1号排土机41抛填，平台标高980m，采用矩形排土方式，抛填高度80m，平台平均宽度2300m，长1432m，局部采用推土机配合，从上游向下游施工，靠近上游的平台(宽2400m，长350m)优先抛填完成，为上层基础坝111提供基础，同时对下游坝体基础进行堆载预压。
上游平台(宽2450m，长350m)生产第4年6-12月堆筑完成，生产第5年1-6月自重固结，整个平台30月完成，即生产第6年12月填筑完毕。
(14)施工第四层坝体层110的基础子坝1111,坝顶标高1000m，坝高20m，上游防渗层结构同上一级子坝，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第5年第6-12月完成堆筑，用于挡库内尾砂。
(15)施工第四层坝体层110的基础坝111-4,坝顶标高1020m，坝高20m，上游防渗层结构同上一级子坝，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第6年第1-6月堆筑完成，用于挡库内尾砂。
(16)移设2号胶带32及2号排土机42至1020m标高，工期6月，即生产第6年1-6月完成施工。
(17)施工第四层坝体层110的抛填平台112-4，采用2号排土机42抛填，平台标高1020m，采用矩形排土方式，抛填高度80m，平台平均宽度2400m，长1004m，局部采用推土机配合，从上游向下游施工，靠近上游的平台(宽2400m，长350m)优先抛填完成，为上层基础坝111提供基础，同时对下游坝体基础进行堆载预压。
上游平台(宽2500m，长350m)生产第6年6-12月堆筑完成，生产第7年1-6月自重固结，整个平台30月完成，即生产第8年12月填筑完毕。
(18)施工第五层坝体层110的基础子坝1111,坝顶标高1040m，坝高20m，上游防渗层结构同上一级子坝，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第7年第6-12月完成堆筑，用于挡库内尾砂。
(19)施工第五层坝体层110的基础坝111-5，坝顶标高1070m，坝高30m，上游防渗层结构同上一级子坝，筑坝材料采用废石分层碾压堆筑，碾压厚度1m，采用20t自卸汽车5运输，15t振动碾6碾压6-8遍，孔隙率0.22，施工工期6个月，即生产第8年第1-6月堆筑完成，用于挡库内尾砂。
(20)移设1号胶带31及1号排土机41至1070m标高，工期6月，即生产第8年1-6月完成施工。
(21)施工第五层坝体层110的抛填平台111-5，采用1号排土机41抛填，平台标高1070m，采用矩形排土方式，抛填高度80m，平台平均宽度2400m，长576m，局部采用推土机配合，平面上第五级平台从上游向下游施工，生产第8年6月开始，生产第9年12月填筑完毕，18个月完成。
综上所述，本发明实施例提供的废石坝的筑坝方法采用碾压筑坝和抛填筑坝相结合的方式。坝体上游区为碾压区，主要目的是控制坝体沉降，为上游坡面的防渗层提供可靠的基础及垫层，碾压区利用汽车及碾压设备分层碾压筑坝，严格控制干容重、压实度、孔隙率等指标；坝体中、下游区为抛填区，利用控制坝体分区及详细排产，部分抛填区(先抛的区域)作为碾压区基础，部分抛填区作为堆载预压区，中、下游区采用排土机抛填筑坝，抛填区域筑坝指标不做严格控制，依靠自重固结，主要目的是通过排土机实现规模化作业，降低整体筑坝成本。
该筑坝方法通过碾压筑坝与抛填筑坝相结合，既实现上游防渗层结构稳定，运行可靠，又可以大大降低筑坝成本，加快施工作业进度。运输设备减少，机械化施工，油耗减少，排土机电耗代替汽车油耗，尾气减少，降低能耗，环境友好。运输设备减少，机械化程度高，操作人员减少，作业面内设备减少，降低人员安全风险。排土机排土平台可提前对基础进行预压处理，提高坝体稳定性。该筑坝方法特别适合处理大规模、填筑量大的坝体填筑，特别是软基地区、高震区的废石坝堆筑。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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为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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种废石坝，其特征在于，包括依次叠置的若干坝体层，所述坝体层包括位于上游的基础坝和位于下游的抛填平台，所述基础坝由碾压堆筑而成，所述抛填平台由抛填而成，所述抛填平台从所述基础坝的下游侧向下游方向延伸。
2.根据权利要求1所述的废石坝，其特征在于，所述废石坝的上游侧设有防渗层。
3.根据权利要求1所述的废石坝，其特征在于，所述废石坝在上下游方向上的尺寸自下而上减小。
4.根据权利要求1所述的废石坝，其特征在于，相邻两层坝体层中，上层坝体层的所述基础坝的底部堆筑于下层坝体层的所述抛填平台的顶部。
5.一种废石坝的筑坝方法，其特征在于，所述废石坝为根据权利要求1-4中任一项所述的废石坝，所述筑坝方法包括以下步骤：
步骤100：采用碾压堆筑的方法施工位于最底层的所述基础坝；
步骤200：采用抛填的方法施工位于最底层的所述抛填平台以形成最底层的所述坝体层；
步骤300：自下而上对所述坝体层依次进行施工，并且先对所述坝体层中所述基础坝进行施工。
6.根据权利要求5所述的废石坝的筑坝方法，其特征在于，步骤100具体包括：汽车运输砾石土至施工位置，碾压设备分层进行碾压，碾压6-8遍，碾压厚度1m，压实度0.96。
7.根据权利要求5所述的废石坝的筑坝方法，其特征在于，步骤200具体包括：采用排土机自上游向下游方向抛填筑坝，抛填高度30m-100m。
8.根据权利要求5所述的废石坝的筑坝方法，其特征在于，步骤300具体包括：所述基础坝经分期多次堆筑而成。
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