CN114703805A - 一种调节平原水库联合防渗截污系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利工程领域，应用于引调水工程，具体为一种调节平原水库联合防渗截污系统与方法，包括库盆和坝体，所述系统包括水平防渗子系统和垂直防渗子系统；所述水平防渗子系统采用全库盆铺设复合土工膜方式，所述复合土工膜与所述坝体相连；所述垂直防渗子系统采用在坝体坝脚布置壁状水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩沿围坝形成闭合垂直连体搅拌桩；所述垂直连体搅拌桩顶部回填高塑性黏土，所述垂直连体搅拌桩通过高塑性黏土与坝体连接，形成封闭区。

Description

一种调节平原水库联合防渗截污系统与方法

技术领域

本发明涉及水利工程领域，更具体地，应用于引调水工程，涉及一种调节平原水库联合防渗截污系统与方法。

背景技术

引调水工程在水量水质方面主要存在两个问题，一是在运输过程中尽可能减少水量损失，水量损失最主要的部分是渗漏，除了输水渠槽、涵管部分的渗漏外，还有调节水库的渗漏。二是在调水过程中，尽可能保证水质。输水过程对水质有影响的因素有受污染的地下水和与水接触的受污染的土壤、淤泥等。由于渠槽、涵管基本采用混凝土结构保护，所以在水的运输过程中最可能受到污染的部位是调节水库。

平原水库围坝普遍较低，围坝的选型常常采用土石坝，填筑黏土材料进行防渗。除了在水库库盆铺设土工膜等水平防渗措施以外，一些工程还需要采取垂直防渗措施。常用的垂直防渗措施如深层搅拌桩、垂直连体搅拌桩、薄混凝土墙、垂直铺塑等。

平原水库具有库盆面积大、围坝长度长等特点，现有平原水库防渗技术方案一般采用黏土水平铺盖、土工膜水平防渗、垂直连体搅拌桩、防渗帷幕等防渗型式。采用土工膜全库盆防渗具有材料易得、便于大面积施工、缩短工期等优点，但在高地下水扬压力作用下，土工膜可能引起浮起或胀破等失稳破坏问题。采用垂直防渗措施时，刚性垂直连体搅拌桩需要与坝体或土工膜连接，连接处可能出现应力集中、变形不协调等问题。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种调节平原水库联合防渗截污系统与方法，用于解决平原水库水平和垂直防渗截污的问题。

本发明采取的技术方案是一种调节平原水库联合防渗截污系统，应用于引调水工程，包括库盆和坝体：

所述系统包括水平防渗子系统和垂直防渗子系统；

所述水平防渗子系统采用全库盆铺设复合土工膜方式，所述复合土工膜与所述坝体相连；所述垂直防渗子系统采用在坝体坝脚布置壁状水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩沿围坝形成闭合垂直连体搅拌桩；所述垂直连体搅拌桩顶部回填高塑性黏土，所述垂直连体搅拌桩通过高塑性黏土与坝体连接，形成封闭区。

本发明通过水平和垂直两个维度，形成一个防渗截污的封闭区，实现水库的防渗和截污。其中水泥土搅拌桩与坝体通过高塑性黏土进行柔性连接，避免出现较大应力。再通过全库盆铺设土工膜将水平防渗与坝体防渗结合起来，同时也避免土工膜撕裂，实现了水平防渗、垂直防渗和坝体防渗的紧密结合。

由于土壤、地下水污染的存在对水库的防渗要求更高，水平和垂直两道防渗屏障可大大减少库内外地下水交换，有效隔离污染物传播，从而实现截污功能。

在库盆水平防渗子系统中自上而下依次为混凝土层、上垫层、上土工布、土工膜、下土工布、下垫层、支持层；

所述混凝土层用于防冲和压重，厚度为20-30cm；

所述上垫层和下垫层采用粗砂铺设，厚度为8-15cm；

所述支持层用于库底布置排水排气。

在库盆铺设的复合土工膜采用两布一膜的型式，其中上土工布、土工膜和下土工布构成两布一膜。土工膜和土工布规格应根据具体工程按照相关规范选取。

混凝土层作为防冲层，当库区地下水位较高，可能出现顶起土工膜的情况时，还应该增加混凝土层的厚度，作为压重层。

所述系统还包括排水排气子系统，所述排水排气子系统包括排水管、盲沟和集水井；所述盲沟在所述支持层开挖的沟槽内，盲沟内设有排水管，所述排水管用于收集所述复合土工膜下渗水和空气；

所述集水井位于坝脚处，排水管收集的渗水汇入所述集水井，收集的空气通过坝顶排出。优选地，所述集水井设置测压管和流量量测装置，用于对复合土工膜下压力和渗流水量进行监测。

优选地，所述库盆划分多个区域，各区域下收集的渗水分别流入不同集水井。对集水井收集地下水的范围进行分区，然后监测集水井的流量，通过集水井分区后地下水的流量差异分析库底的渗漏区域，从而了解库底更具体的渗漏情况，分区根据水库实际环境可分为多个。优选地，所述盲沟内排水管布置在库盆及库盆与坝体交接处；

所述排水管交叉处使用四通连接，相邻平行排水管间距设置为20-60米。

排水管平面布置一般采用棋盘格形状，排水管交叉处使用四通连接，相邻平行排水管间距；库底与围坝交接处沿坝脚布置；排气盲沟排的坝坡段排气管间距为50-100米；库底排水盲沟的平面布置形式不止有矩形这一种，也可采用正三角形等多种布置方式。

选用土工膜加排水排气方案，水平防渗子系统整体更加完整，降低了土工膜胀破风险，提升了整体安全性。平原水库面积广工作量大，本方案施工方便，可大大缩短工期。

所述坝体防渗子系统包括上游坡面防渗结构和填筑黏土，坝体防渗子系统与粗砂碎石垫层、回填渣料、防浪墙、坝后排水棱体共同组成坝体；

所述上游坡面防渗结构依次铺设有预制混凝土护坡、粗砂碎石垫层、复合土工膜。

优选地，所述水泥土搅拌桩深入至坝体下相对透水层，再深入到相对不透水层，水泥土搅拌桩通过高塑性黏土与填筑黏土连接，形成封闭区。

优选地，所述复合土工膜与周围建筑物连接通过膨胀螺栓、钢板压条和锚固槽固定，在连接处采用乳化沥青粘接，或PVC胶粘接。

全库盆铺设复合土工膜施工步骤包括：

基础处理，包括对支持层进行找平，清除草皮、树根及有棱角或坚硬的物体；

膜下排水排气设施的布置；

复合土工膜的铺设，包括土工布和土工膜的铺设；

上铺保护层；

上铺压重层。

另一方面，还涉及排水排气施工步骤，包括：

支持层开挖沟槽，用于放置排水排气盲沟；

在沟槽内铺设一层盲沟土工布，所述土工布规格每平方米不低于300g，两端有预留；

上铺充填砂石，充填砂石包括粗砂和碎石；

放置排水管；

用充填砂石将沟槽填满；

上层铺设一层粗砂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、采用了全库盆铺设土工膜、水泥土搅拌桩垂直连体搅拌桩和填筑黏土的方法实现了水平和垂直联合防渗和截污，不仅解决了库盆渗漏问题，还解决了土壤、地下水污染对于水质的影响。

2、全库盆铺设土工膜可以大幅度减少库水渗漏量，并且复合土工膜材料易得，施工简便，能适应各类工况，可以减少投资、缩短工期。

3、水泥土搅拌桩适用于淤泥、黏土、砂土、粉质粘土等多种软质土层，耐性度好，强度高，寿命长，在处理长渗径、降低水头、低出溢比降方面、防止渗透破坏效果明显。

4、坝体采用防渗层设置在上游坝坡表面，其整体性好，不仅施工方便，而且在应用期易于检修。

5、坝体与水泥土搅拌桩通过高塑性黏土的连接，将坝基防渗与坝体防渗结合起来，避免出现较大应力，整体性好。将三者结合组成的联合防渗系统，不仅实现了水平-垂直的联合防渗，而且还避免了污染地下水和土壤对水库水质的污染。

6、膜下通过设置排水排气盲沟与排水管网，气体通过埋在坝坡上的排气盲沟排出，膜下地下水通过管网收集至集水井排出。通过设置流量计和测压管而实现了对膜下地下水量和地下水位的监测。进一步的通过分区集水的方式，实现了对库底渗漏的分区观测。此外在复合土工膜的最上层设置的压重层，避免了土工膜被顶破。

附图说明

图1为本发明的平原水库防渗截污主体截面结构示意图。

图2为本发明库盆水平防渗子系统铺设复合土工膜及附属结构示意图。

图3为本发明平原水库平面布置示意图。

图4排水排气盲沟示意图。

图5上游坡面防渗结构示意图。

本发明附图标记为：3：水平防渗子系统；11：混凝土层；12：上垫层；13：上土工布；14：土工膜；15：下土工布；16：下垫层；17：支持层；21：盲沟；23：坝脚；24：垂直连体搅拌桩；25：坝顶道路；27：出水口；28：集水井；29：进水口；31：充填砂石；32：排水管；33：盲沟土工布；410：相对不透水层；42：混凝护脚；43：上游坡面防渗结构；43a：预制混凝土护坡；43b：粗砂碎石垫层；43c：复合土工膜；44：填筑黏土；47：级配碎石垫层；5a：高塑性黏土；5b：水泥土搅拌桩；45：防浪墙；46：回填渣料；48：坝后排水棱体；49：相对透水层。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，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。

如图1至图5所示，本发明为一种调节平原水库联合防渗截污系统，主要应用于引调水工程，平原水库主体包括库盆和坝体，四围由坝体围绕建成围坝，围坝内形成库盆，库盆用于引调水水量调蓄。平原水库围坝普遍较低，围坝的选型常常采用土石坝，填筑黏土44材料进行防渗。

本发明主要针对库盆和坝体进行防渗截污，从水平防渗子系统3和垂直防渗子系统联合进行防渗截污。

所述水平防渗子系统3采用全库盆铺设复合土工膜43c方式，所述复合土工膜43c与所述坝体相连。

在一些实例中，如图2所述，在水平防渗子系统3中库盆自上而下依次为混凝土层11、上垫层12、上土工布13、土工膜14、下土工布15、下垫层16、支持层17；

所述混凝土层11用于防冲和压重，厚度为20-30cm；

所述上垫层12和下垫层16采用细砂或黏土铺设，厚度为8-15cm；

所述支持层17用于库底布置排水排气。

水库库盆铺设复合土工膜43c等水平防渗措施，由于平原水库库盆面积巨大，库盆采用复合土工膜43c防渗更为经济。

在库盆铺设的复合土工膜43c采用两布一膜的型式，其中上土工布13、土工膜14和下土工布15构成两布一膜，对于某些工程可以采用一布一膜，对于一布一膜的情形，其膜面应当向上。土工膜14的材料，可采用聚乙烯膜、高密度聚乙烯膜或高密度聚氯乙烯膜等材料；上土工布13、下土工布15采用长丝土工布，也可以采用针刺无纺土工布。土工膜14和上下土工布规格应根据具体工程按照相关规范选取。

混凝土层11作为防冲层，当库区地下水位较高，可能出现顶起土工膜14的情况时，还应该增加混凝土层11的厚度，作为压重层。

如图3所示，所述垂直防渗子系统采用在坝体坝脚23布置壁状水泥土搅拌桩5b，所述水泥土搅拌桩5b围绕坝体形成闭合垂直连体搅拌桩24；所述垂直连体搅拌桩24顶部回填高塑性黏土5a，所述垂直连体搅拌桩24通过高塑性黏土5a与坝体连接。

在一些实施例中，所述水泥土搅拌桩5b穿过相对透水层49，再深入至坝体下相对不透水层410，水泥土搅拌桩5b通过高塑性黏土5a与填筑黏土44连接，形成封闭区。

本发明通过水平和垂直两个维度，形成一个防渗截污的封闭区，实现水库的防渗和截污。其中水泥土搅拌桩5b与坝体通过高塑性黏土5a进行柔性连接，避免出现较大应力。再通过全库盆铺设复合土工膜43c将水平防渗与坝体防渗结合起来，同时也避免土工膜14撕裂，实现了水平防渗、垂直防渗和坝体防渗的紧密结合。

在一些实施例中，如图3所示，还包括排水排气子系统，所述排水排气子系统包括盲沟21和集水井28；在围坝还设有出水口27和进水口29。

所述盲沟21埋设在所述支持层17开挖的沟槽内，盲沟21包括库底盲沟21和坝脚盲沟21，盲沟21内设有排水管32，所述排水管32用于收集所述复合土工膜43c下渗水和空气；所述集水井28位于坝脚23处，排水管32收集的渗水汇入所述集水井28，收集的空气通过坝顶排出。

在一些实施例中，如图4所示，排水排气盲沟21包括充填砂石31、排水管32，盲沟土工布33。排水管32埋设在支持层17开挖的沟槽里，断面形状为矩形。先在沟槽中铺设一层规格每平方米不低于300g的盲沟土工布33，两端预留出一截，再铺一层充填砂石31，然后放置排水管32，然后再用充填砂石31将沟槽填满，充填砂石31包括粗砂和碎石，作为保护层和反滤层。上层铺设一层粗砂，粗砂层作为全库盆铺设复合土工膜43c结构的下垫层16。在一些实施例中，所述集水井28设置测压管和流量量测装置，用于对复合土工膜43c下压力和渗流水量进行监测。

在一些实施例中，所述库盆划分多个区域，各区域下收集的渗水分别流入不同集水井28。对集水井28收集地下水的范围进行分区，然后监测集水井28的流量，通过集水井28分区后地下水的流量差异分析库底的渗漏区域，从而了解库底更具体的渗漏情况，分区根据水库实际环境可分为多个。

在一些实施例中，所述盲沟21内排水管32布置在库盆及库盆与坝体交接处；

所述排水管32交叉处使用四通连接，相邻平行排水管32间距设置为20-60米。

排水管32平面布置一般采用棋盘格形状，排水管32交叉处使用四通连接，相邻平行排水管32间距；库底与围坝交接处沿坝脚23布置；排气盲沟21排的坝坡段排气管间距为50-100米；库底排水盲沟21的平面布置形式不止有矩形这一种，也可采用正三角形等多种布置方式。

在一些实施例中，所述系统还包括坝体防渗子系统，所述坝体防渗子系统包括上游坡面防渗结构43和填筑黏土44，坝体防渗子系统与粗砂碎石垫层43b、回填渣料46、防浪墙45、坝后排水棱体48共同组成坝体；

所述上游坡面防渗结构依次铺设有预制混凝土护坡43a、粗砂碎石垫层43b、复合土工膜43c。

如图5所示，所述上游坡面防渗结构43依次铺设有预制混凝土护坡43a、粗砂碎石垫层43b、复合土工膜43c。所述上游坡面防渗结构43下方铺设填筑黏土44、级配碎石垫层47。所述上游坡面防渗结构43为折线型，折线凹面处设置混凝护脚42。

在一些实施例中，所述复合土工膜43c与周围建筑物连接通过膨胀螺栓、钢板压条和锚固槽固定，在连接处采用乳化沥青粘接，或PVC胶粘接。

在一些实施例中，本发明包括一种全库盆铺设复合土工膜43c施工方法，所述方法包括：

基础处理，包括对支持层17进行找平，清除草皮、树根及有棱角或坚硬的物体；

膜下排水排气设施的布置；

土工布、土工膜14的铺设；

上铺保护层；

上铺压重层。

在一些实施例中，本发明包括一种复合土工膜43c下排水排气施工方法，所述方法包括：

支持层17开挖沟槽，用于放置排水排气盲沟21；

在沟槽内铺设一层盲沟土工布33，所述土工布规格每平方米不低于300g，两端有预留；

上铺粗砂；

放置排水管；

用粗砂和碎石将沟槽填满；

上层铺设一层粗砂。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种调节平原水库联合防渗截污系统，应用于引调水工程，包括库盆和坝体，其特征在于：所述系统包括水平防渗子系统和垂直防渗子系统；

所述水平防渗子系统采用全库盆铺设复合土工膜方式，所述复合土工膜与所述坝体相连；所述垂直防渗子系统采用在坝体坝脚布置壁状水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩沿围坝形成闭合垂直连体搅拌桩；所述垂直连体搅拌桩顶部回填高塑性黏土，所述垂直连体搅拌桩通过高塑性黏土与坝体连接，形成封闭区。

2.根据权利要求1所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：所述水平防渗子系统自上而下结构依次为混凝土层、上垫层、上土工布、土工膜、下土工布、下垫层、支持层；

所述混凝土层用于防冲和压重，厚度为20-30cm；

所述上垫层和下垫层采用粗砂铺设，厚度为8-15cm；

所述支持层用于库底布置排水排气。

3.根据权利要求2所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：所述系统还包括排水排气子系统，所述排水排气子系统包括排水管、盲沟和集水井；

所述盲沟埋设在所述支持层开挖的沟槽内，盲沟内设有排水管，所述排水管用于收集所述复合土工膜下渗水和空气；

所述集水井位于坝脚处，排水管收集的渗水汇入所述集水井，收集的空气通过坝顶排出。

4.根据权利要求3所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：所述集水井设置测压管和流量量测装置，用于对复合土工膜下压力和渗流水量进行监测。

5.根据权利要求4所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：所述库盆划分多个区域，各区域下收集的渗水分别流入不同集水井。

6.根据权利要求3所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：

所述盲沟内排水管布置在库盆及库盆与坝体交接处；

所述排水管交叉处使用四通连接，相邻平行排水管间距设置为20-60米。

7.根据权利要求1所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：所述系统还包括坝体防渗子系统，所述坝体防渗子系统包括上游坡面防渗结构和填筑黏土，坝体防渗子系统与粗砂碎石垫层、回填渣料、防浪墙、坝后排水棱体共同组成坝体；

所述上游坡面防渗结构依次铺设有预制混凝土护坡、粗砂碎石垫层、复合土工膜。

8.根据权利要求1所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：所述水泥土搅拌桩深入至坝体下相对不透水层，水泥土搅拌桩通过高塑性黏土与填筑黏土连接，形成封闭区。

9.根据权利要求3所述的一种调节平原水库联合防渗截污系统，其特征在于：排水排气子系统施工步骤包括：

支持层开挖沟槽，用于放置排水排气管；

在沟槽内铺设一层盲沟土工布，所述土工布规格每平方米不低于300g，两端有预留；

上铺充填砂石，所述充填砂石包括粗砂和碎石；

放置排水管；

用充填砂石将沟槽填满；

上层铺设一层粗砂。

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