CN217601333U - 一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水利水电大坝工程技术领域，具体涉及一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，通过钢筋砼面板防渗层采用连接部与土工膜防渗层连接，形成在复合坝填筑体位于上游一侧的防渗层，实现了便于维修，具有较高的强度和抗冻能力，可以满足水位变动区的防渗结构需具有防冰、防漂、抗辐射的要求，由于土工膜价格相对低廉，施工简单，钢筋砼面板技术早已成熟，使得这种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型经济效益明显，具有较强的坝型竞争能力。

Description

一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构

技术领域

本实用新型涉及水利水电大坝工程技术领域，具体涉及一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构。

背景技术

水利水电大坝工程土石坝主要包括均质坝、土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体分区坝。土工膜土石坝属于一种非土质材料防渗体分区坝，此种坝型采用土工膜防渗，在经济方面具有较强的竞争力，在中低土石坝得到大力推广和应用。

对于土工膜土石坝，作为防渗体的土工膜在大坝填筑体的位置主要有两种，一种是位于填筑体中部，不具备后期维修条件；另一种是位于填筑体上游面，在水位变动区的土工膜工作环境较恶劣，尤其是高海拔严寒地区，紫外线强，冻融交替频繁，故此区域的土工膜易老化，另外，水库难免有树干、树枝等漂浮物，如果土工膜防护不当也易受漂浮物撞击破坏。于以上土工膜土石坝两大缺点，制约着土工膜坝型的进一步发展及推广应用，不能充分发挥其经济性的优势。

对于砼面板坝型，也是一种非土质材料防渗体分区坝，防渗土料缺乏的水电站工程的土石坝通常采用这种坝型。混凝土面板强度高，位于大坝上游面防破坏能力强，但是混凝土面板由于结构要求需要设置若干条伸缩缝，缝内设置止水防渗，位于深水区的面板之间的接缝检修条件差，尤其位于上游盖重区下的面板基本没有检修条件。再者，由于坝体是土石填筑而成，产生沉降变形在所难免，混凝土面板相比于土工膜适用变形能力弱，一旦混凝土面板及接缝发生破坏，维修费用昂贵，付出代价较大。

可见，不管是土工膜土石坝还是混凝土面板坝都有各自的优缺点，如何扬长避短是工程界需要解决的问题之一，也是将来大坝工程技术努力的方向之一。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，尤其是解决了水位变动区的土工膜易老化、易受漂浮物撞击破坏的问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，包括坝体内的复合坝填筑体，所述在复合坝填筑体位于上游一侧设置防渗层，所述在复合坝填筑体位于下游一侧设置下游砌石护坡，所述防渗层包括钢筋砼面板防渗层和土工膜防渗层，所述钢筋砼面板防渗层和土工膜防渗层之间采用连接部连接。

进一步地，所述的复合坝填筑体包括垫层料、过渡料、上游堆石料和下游堆石料，所述垫层料、过渡料、上游堆石料和下游堆石料均沿着上游到下游的方向依次分布设置，所述连接部位于垫层料内。

进一步地，所述的钢筋砼面板防渗层位于复合坝填筑体上游一侧的水位变动区域，所述连接部位于复合坝填筑体上游一侧的最低运行水位以下，所述土工膜防渗层位于复合坝填筑体上游一侧的水下。

进一步地，所述的连接部位于复合坝填筑体上游一侧的最低运行水位以下1m～5m，所述连接部为钢筋混凝土廊道结构，其形状为城门洞型，所述钢筋混凝土廊道结构的断面混凝土厚度在30cm至80cm之间。

进一步地，所述的钢筋砼面板防渗层厚度为30cm～40cm，整个面板为等厚面板。

进一步地，所述的土工膜防渗层的厚度0.5mm～1.5m，所述土工膜防渗层是由上下土工布中间HDPE土工膜形成的三层结构组成。

进一步地，一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，还包括位于复合坝填筑体位于上游一侧底部水平设置的基础砼板，所述基础砼板的厚度1m～2m，宽度3m～5m，在基础砼板的下方地下还是设置有灌浆帷幕。

进一步地，所述的钢筋砼面板防渗层的上表面还涂刷有聚脲涂料。

本实用新型的有益效果是：

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型通过钢筋砼面板防渗层采用连接部与土工膜防渗层连接，形成在复合坝填筑体位于上游一侧的防渗层，尤其是连接部采用混凝土廊道结构，实现了检查简单，不需要放空水库，使维修更加方便，水库可维修性好。

(2)水位变动区的混凝土面板具有较高的强度和抗冻能力，可以满足水位变动区的防渗结构需具有防冰、防漂、抗辐射的要求。

(3)水库最低水位下采用土工膜防渗，由于土工膜价格相对低廉，施工简单，土工膜不同条幅之间采用硫化连接，可以形成一个防渗整体面，土工膜适用变形能力强，避开了混凝土面板坝接缝多、适用变形能力差的缺点。

(4)连接部可采用混凝土趾板型式，结构相对简单，投资较省，放空水库后也是可以检修。

(5)基础砼板可改为钢筋混凝土廊道结构，灌浆帷幕就可以在混凝土廊道里施工，施工工序安排上会更加灵活，混凝土廊道可以作为监测、排水等之用。这样连接部也是钢筋混凝土廊道，同时基础砼板也为钢筋混凝土廊道，这个方案的好处是实现了大坝中部和底部均可以在不需要放空水库的情况下进行检查维修，使维修更加方便，水库可维修性好。

(6)本实用新型充分发挥两种坝型的各自优点，使得这种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型经济效益明显，具有较强的坝型竞争能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的复合坝型结构的整体剖面结构示意图。

图中：1-钢筋砼面板防渗层、2-连接部、3-土工膜防渗层、4-基础砼板、5-灌浆帷幕、6-复合坝填筑体；2A-垫层料、3A-过渡料、3B-上游堆石料、3C-下游堆石料、3D-下游砌石护坡。

具体实施方式

下面，将通过几个具体的实施例对本实用新型实施例提供的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构的技术方案进行详细介绍说明。

参照图1所示，一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，包括坝体内的复合坝填筑体6，在复合坝填筑体6位于上游一侧设置防渗层，通过防渗层实现上游水的防止渗漏，在复合坝填筑体6位于下游一侧设置下游砌石护坡3D，其中下游砌石护坡3D的作用是加强下游边坡的防破坏能力，主要是防止雨水冲刷、鼠蚁虫洞、植物泛生、地震灾害等形式破坏复合坝填筑体6，防渗层包括钢筋砼面板防渗层1和土工膜防渗层3，钢筋砼面板防渗层1和土工膜防渗层3之间采用连接部2连接，钢筋砼面板防渗层1中的钢筋砼面板具有较高的强度和抗冻能力，可以满足水位变动区的防渗结构需具有防冰、防漂、抗辐射的要求；由于土工膜防渗层3中的土工膜价格相对低廉，施工简单，整体防渗性能好，适用变形能力强，两种坝型技术已成熟，使得这种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型经济效益明显，具有较强的坝型竞争能力。

参照图1所示，钢筋混凝土面板防渗层1和连接部2之间的接缝通过铜止水或者橡胶止水防止渗漏，土工膜防渗3直接机械锚固在连接部2上，一般采用扁钢和膨胀螺栓固定。

参照图1所示，复合坝填筑体6包括垫层料2A、过渡料3A、上游堆石料3B和下游堆石料3C，垫层料2A、过渡料3A、上游堆石料3B和下游堆石料3C均沿着上游到下游的方向依次分布设置，连接部2位于垫层料2A内。其中垫层料2A位于混凝土面板防渗层1、连接部2和土工膜防渗3下游侧，是填筑体6中最重要的部位之一，它既是混凝土面板防渗层1、连接部2和土工膜防渗3的基础，因为渗透系数较小所以又是坝体防渗的第二道防线；采用质量较好的块石料加工后的优良级配料，在满足水力梯度的要求及施工机械所必须的宽度要求的同时，从节省投资角度应尽量减小垫层宽度，垫层料水平宽度一般为3m。过渡料3A、上游堆石料3B和下游堆石料3C是填筑体6的主体，是承受水荷载的主要支撑体，通过它将水荷载传递到地基中去，该区的沉降变形将直接影响到大坝的工作可靠性；因此，要求本区上游部分要用低压缩性、级配良好的坝料填筑，并要求碾压到足够的密实度；下游部分的变形对面板影响较小，材料及压实要求可适当降低；过渡料3A采用的经料场筛选的级配连续细石料。过渡料区水平宽度3m；上游堆石料3B采用的是建筑物开挖料或者石料场爆破料直接上坝，部分需要倒运，为提高坝坡稳定性及有利于排水，上游堆石体布置在坝体上游侧；下游堆石料3C一般采用建筑物开挖料直接上坝，部分也会需要倒运，该区位于坝体下游区底部的部分，渗透系数需要满足自由排水的要求。

一般设计标准为：垫层料2A具有良好的级配，最大粒径为80mm～100mm，粒径小于5mm的颗粒含量为30％～50％，小于0.075mm的颗粒含量小于8％。施工时填筑层厚度40cm，孔隙率≤17％；过渡料3A石料最大粒径为300mm，粒径小于5mm的颗粒含量为20％～30％，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，级配连续,施工时填筑层厚度40cm。孔隙率≤18％；上游堆石料3B要求最大粒径小于800mm，小于5mm的颗粒含量小于10％～20％，小于0.075mm的颗粒含量小于5％，级配连续,填筑层厚度80cm，孔隙率≤20％；下游堆石料3C要求最大粒径小于1000mm，填筑层厚度80cm，孔隙率≤23％。

参照图1所示，钢筋砼面板防渗层1位于复合坝填筑体6上游一侧的水位变动区域，钢筋砼面板具有较高的强度和抗冻能力，可以满足水位变动区的防渗结构需具有防冰、防漂、抗辐射的要求；连接部2位于复合坝填筑体6上游一侧的最低运行水位以下，起到连接钢筋砼面板防渗层1和土工膜防渗层3的作用，可以采用混凝土廊道结构，电站后期运行可以在廊道内检查大坝渗漏情况，实现了检查简单，不需要放空水库，使维修更加方便，水库可维修性好；土工膜防渗层3位于复合坝填筑体6上游一侧的水下，由于土工膜价格相对低廉，施工简单，土工膜不同条幅之间采用硫化连接，可以形成一个防渗整体面，土工膜适用变形能力强，避开了混凝土面板坝接缝多、适用变形能力差的缺点。

进一步地，连接部2位于复合坝填筑体6上游一侧的最低运行水位以下1m～5m，具体尺寸可以根据波浪高度和严寒地区的水库内冰层厚度进行选择；连接部2为钢筋混凝土廊道结构，其形状为城门洞型，为满足维修人员通行检查要求，断面内部尺寸在2.0m×2.5m(宽×高)至3.0m×3.5m(宽×高)之间，根据不同水深等受力条件，通过材料力学计算钢筋混凝土廊道结构的断面混凝土厚度在30cm至80cm之间。

进一步地，钢筋砼面板防渗层1厚度为30cm～40cm，钢筋砼面板防渗层1采用的是钢筋砼面板，整个面板为等厚面板，结构简单且可以满足配筋的需要，其中钢筋砼面板防渗层1在复合坝填筑体6位于上游一侧的坡比为1：m1，通常m1采用的是1.4～1.6，根据坝料物理力学参数的不同取值也不同，参数高者说明坝坡稳定性好可以取低值。

进一步地，土工膜防渗层3的厚度0.5mm～1.5m，具体根据水力梯度和工程类比确定，其中土工膜防渗层3在复合坝填筑体6的坡比为1：m2，通常m2采用的也是1.4～1.6，具体取值原则同m1的取值，由于位于底部，一般取值比m1大一些。土工膜防渗层3是由上下土工布中间HDPE土工膜形成的三层结构组成，HDPE土工膜是一种柔性防水材料，具有很高的防渗系数(1×10-17cm/s)，具有良好的耐热性和耐寒性，其使用环境温度为高温110℃、低温-70℃；具有很好的化学稳定性能，能抗强酸、碱、油的腐蚀，是好的防腐材料；具有很高的抗张力强度，使它具有很高的抗拉强度能满足高标准工程项目需要；HDPE土工膜有很强的抗拉强度与断裂伸长率，使HDPE土工膜能够在各种不同的恶劣地质与气候条件下使用，适应地质不均匀沉降应变力强，本实用新型中采用上下土工布中间HDPE土工膜形成的三层结构使用效果更佳。

一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，还包括位于复合坝填筑体6位于上游一侧底部水平设置的基础砼板4，基础砼板4也为钢筋混泥土结构，基础砼板4的厚度1m～2m，宽度3m～5m，厚度需要满足一定灌浆压力下基础砼板4不会抬动，宽度需要满足施工机械设备的布置要求，在基础砼板4的下方地下还是设置有灌浆帷幕5，基础砼板4可相当于提供一个灌浆平台，在这个板上钻孔灌浆，另外土工膜防渗层3也连接在这个基础砼板4上；灌浆帷幕5即为在基岩里钻孔灌水泥浆液，岩体裂隙被水泥浆液填充，形成了一道防渗帷幕，减少了水库渗漏量。

进一步地，钢筋砼面板防渗层1的上表面还涂刷有聚脲涂料，进一步进行表面密封防冻处理，减小对钢筋砼面板防渗层1的破坏。

进一步要说明的是：连接部2还可以为混凝土趾板型式，趾板厚度0.5m～1m，宽度3m～5m。由于将钢筋混凝土廊道结构变化为混凝土趾板型式，结构相对简单，放空水库后也是可以检修。趾板水平放置在垫层料2A上，防渗连接方式相同，即接缝通过铜止水或者橡胶止水防止渗漏，土工膜防渗3直接机械锚固在连接部2上，一般采用扁钢和膨胀螺栓固定。

同时将基础砼板4改为钢筋混凝土廊道结构，灌浆帷幕5就可以在混凝土廊道里施工，施工工序安排上会更加灵活，混凝土廊道可以作为监测、排水等之用。这样连接部2可以是钢筋混凝土廊道，同时基础砼板4也可以为钢筋混凝土廊道，该方案的好处是实现了大坝中部和底部均可以在不需要放空水库的情况下进行检查维修，使维修更加方便，水库可维修性好。

本实用新型的施工步骤如下：

1)按土石坝的基础要求开挖大坝基础并处理；根据规范要求，基础砼板4的基础开挖至弱风化岩体上，对断层破碎带采用混凝土槽塞处理。其它部位坝基：两岸坝基要求清除表部草皮、树根，坝断面范围内的岸坡，应清除表面松动石块、凹块积土和孤石，使基础面大致平坦，两岸不许有倒坡；对坝基范围内的竖井、平硐、坑槽、钻孔进行回填处理。基岩基础砼板4的基础全面进行固结灌浆，以使基础砼板4能和基岩良好的结合。固结灌浆孔孔深一般为8.0m，孔距3m，梅花型布置；

2)分层分部位填筑土石坝筑坝料6，一般要求平起平填；

垫层料2A和过渡料3A的填筑施工方法主要为：为保证垫层料及过渡料的压实密度，上游边坡的垫层料与过渡料平起作业，采用20t自卸汽车运输上坝，后退法卸料，用反铲整平，边角部分采用辅以人工铺平，人工洒水，26t～32t自行式振动碾碾压，碾压8遍～10遍；边缘及小区料采用平板振动器压实。上游斜坡面每升高2m，用液压反铲修坡，并采用挖掘机改装的履带吊置于坝面牵引10t自行式振动碾进行坡面碾压；

上游堆石料3B和下游堆石料3C填筑施工方法主要为：采用建筑物开挖有用料或石料场爆破料，由3m³装载机配20t自卸汽车运输上坝或库内建筑物开挖料直接上坝，采用全断面平起上升法，进占法分层铺料，推土机平料，摊铺层厚控制在60cm～80cm之间，26t～32t自行式振动碾碾压6～8遍，靠近岸坡及开挖边坡部位采用小型10t振动碾碾压，碾压前及碾压过程中采用洒水车洒水。对大型振动碾难以碾压的边缘地带或与岸坡结合处，均采用1t手扶式振动碾和夯板(蛙夯)压实；

下游砌石护坡3D填筑施工方法主要为：可适当滞后于其他填筑料进行，石料自建筑物开挖料或料场爆破料，人工挑选后由20t自卸汽车运输至坝面后人工砌筑；

3)填筑过程中，可以进行浇筑基础砼板4的混凝土，待砼强度达到设计强度后即可进行灌浆帷幕5作业；

灌浆帷幕5钻机应使用回转式钻机，浆液搅拌机使用双层搅拌装置，并安装筛网，灌浆泵选用多缸活塞式，应有足够的排浆量，压力大于灌浆最大设计压力的1.5倍；采用孔口封闭、自上而下分段、孔内循环法灌浆，第一段应先行单独灌浆并待凝48小时后方可进行下段钻孔，灌浆时必须下入灌浆管，管口距段底不得大于50cm；浆比依次为5:1、3:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级；在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延续灌注时间不少于90min，灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min；

4)完成土石坝填筑作业后，预留沉降3～6个月；

5)分序施土工膜防渗层3和连接部2及钢筋砼面板防渗层1；

土工膜防渗层3一般宜人工装卸，若采用机械吊装时，吊绳宜用尼龙编织带一类柔性绳带，大捆的土工膜选用合适的施工机械进行铺设，小捆土工膜可采用人工铺设。土工膜防渗层3铺设要平顺、舒缓，不得绷拉过紧，预留出温度变化引起的伸缩变形量。摊铺完成后，对正搭齐，相邻两幅土工膜搭接100mm，并在土工膜的边角处或接缝处每隔1.4m放置1个30kg的砂袋作为临时压重。土工膜防渗层3摊铺完成后，整平土工膜和下垫层的接触面，采用LEISTER Comet电热楔式自动焊机，并配套采用Triac-drive手持式半自动爬行热合熔焊接机、MUNSCH手持挤出式焊机进行施工。两土工膜焊接边应有约100mm搭接，在焊接前预焊接的焊缝表面应用干纱布擦干擦净，做到无水、无尘、无垢等杂物，在施工焊接过程中或施工间隔过程中进行防护。为确保钢筋砼面板防渗层1施工质量，相应部位的坝体填筑沉降期应不少于3～6个月(坝体沉降变形基本稳定)，钢筋砼面板防渗层1采用一次施工完成，采用无轨滑模施工，滑模直接安放在侧模顶部或已浇好的钢筋砼面板防渗层1上，在坝顶设置卷扬机牵引滑模进行滑升，用6m³混凝土搅拌车运输至坝顶集料斗内，然后用溜槽入仓。钢筋混凝土面板防渗层1和连接部2之间的接缝通过铜止水或者橡胶止水防止渗漏，土工膜防渗层3直接机械锚固在连接部2上，一般采用扁钢和膨胀螺栓固定；

6)消缺后水库蓄水。

通过上述施工步骤所实现的复合坝型结构具有维修更加方便，水库可维修性好，经济效益明显，有较强的坝型竞争能力，解决了水位变动区的土工膜易老化、易受漂浮物撞击破坏的问题。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细的说明，但本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：包括坝体内的复合坝填筑体(6)，在所述复合坝填筑体(6)位于上游一侧设置防渗层，在所述复合坝填筑体(6)位于下游一侧设置下游砌石护坡(3D)，所述防渗层包括钢筋砼面板防渗层(1)和土工膜防渗层(3)，所述钢筋砼面板防渗层(1)和土工膜防渗层(3)之间采用连接部(2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：所述的复合坝填筑体(6)包括垫层料(2A)、过渡料(3A)、上游堆石料(3B)和下游堆石料(3C)，所述垫层料(2A)、过渡料(3A)、上游堆石料(3B)和下游堆石料(3C)均沿着上游到下游的方向依次分布设置，所述连接部(2)位于垫层料(2A)内。

3.根据权利要求1或2所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：所述的钢筋砼面板防渗层(1)位于复合坝填筑体(6)上游一侧的水位变动区域，所述连接部(2)位于复合坝填筑体(6)上游一侧的最低运行水位以下，所述土工膜防渗层(3)位于复合坝填筑体(6)上游一侧的水下。

4.根据权利要求3所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：所述的连接部(2)位于复合坝填筑体(6)上游一侧的最低运行水位以下1m～5m，所述连接部(2)为钢筋混凝土廊道结构，其形状为城门洞型，所述钢筋混凝土廊道结构的断面混凝土厚度在30cm至80cm之间。

5.根据权利要求4所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：所述的钢筋砼面板防渗层(1)厚度为30cm～40cm，整个面板为等厚面板。

6.根据权利要求3所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：所述的土工膜防渗层(3)的厚度0.5mm～1.5m，所述土工膜防渗层(3)是由上下土工布中间HDPE土工膜形成的三层结构组成。

7.根据权利要求1所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：还包括位于复合坝填筑体(6)位于上游一侧底部水平设置的基础砼板(4)，所述基础砼板(4)的厚度1m～2m，宽度3m～5m，在基础砼板(4)的下方地下还是设置有灌浆帷幕(5)。

8.根据权利要求1所述的一种砼面板和土工膜共同防渗的复合坝型结构，其特征是：所述的钢筋砼面板防渗层(1)的上表面还涂刷有聚脲涂料。

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