一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體及其施工方法。所述的面膜防滲體由混凝土保護層、土工膜防滲層、柔性墊層和過渡層組成?；炷帘Ｗo層為預(yù)留橫縫和豎縫的現(xiàn)澆纖維混凝土層，位于表層以保護土工膜；土工膜防滲層為兩布一膜復(fù)合土工膜，位于中間起防滲作用；柔性墊層為聚氨酯透水混凝土層，位于防滲體底部支撐土工膜和傳遞分散水荷載；柔性墊層和堆石壩體之間設(shè)置粗粒料過渡層。其施工方法包括填筑過渡層、澆筑柔性墊層、鋪設(shè)復(fù)合土工膜、澆筑混凝土保護層等技術(shù)步驟。本發(fā)明的面膜防滲體在較陡高堆石壩坡上能維持自身穩(wěn)定、適應(yīng)覆蓋層壩基及壩體變形的能力強、結(jié)構(gòu)型式簡單，施工快捷，能有效解決深覆蓋層上高堆石壩防滲問題。
【專利說明】一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種堆石壩防滲體及其施工方法，特別是涉及一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國西南地區(qū)水能資源豐富，但隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實施以及水利水電開發(fā)的快速推進，地質(zhì)條件較好的優(yōu)良壩址已越來越少，而涉及河床深厚覆蓋層的壩址地區(qū)越來越多。堆石壩由于具有可充分利用當(dāng)?shù)靥烊徊牧?，壩址條件適應(yīng)能力強、壩基覆蓋層開挖工程量小、施工便捷等優(yōu)點而成為可建于深厚覆蓋層壩基上的最優(yōu)壩型。對于修建在深厚覆蓋層上高堆石壩，由于壩基變形較大，壩體中最為關(guān)鍵的防滲體結(jié)構(gòu)極易發(fā)生破壞，從而威脅整個大壩的安全。所以合理的堆石壩防滲體材料及結(jié)構(gòu)型式成為實現(xiàn)深覆蓋層上建造聞堆石現(xiàn)的關(guān)鍵。
[0003]傳統(tǒng)堆石壩按防滲體型式分為心墻堆石壩和面板堆石壩。心墻防滲體主要有粘土心墻和浙青混凝土心墻。對于粘土心墻防滲體，由于西南山區(qū)河谷地區(qū)壩址附近基本無粘土可用，而外運粘土的成本太高；同時大量取土也會占用耕地和破壞生態(tài)環(huán)境；而且西南地區(qū)一般雨季較長，對粘土心墻填筑施工影響大，從而導(dǎo)致工期長，工程造價增加；此外，粘土心墻因相對堆石壩殼模量較小而易出現(xiàn)拱效應(yīng)，導(dǎo)致心墻在蓄水后容易發(fā)生水力劈裂破壞。對于浙青心墻防滲體，同樣會因拱效應(yīng)而產(chǎn)生水力劈裂破壞問題，而且浙青混凝土在雨季以及冬季低溫時段均無法施工，也會較大延長施工期而增加工程造價。相對于心墻堆石壩，面板堆石壩具有結(jié)構(gòu)型式簡單，上下游壩坡更陡，壩體斷面小，填筑方量小，施工期和短造價低等優(yōu)點。但面板堆石壩一般是修建在基巖或者較淺的覆蓋層上，而深厚覆蓋層上壩基及壩體沉降及差異沉降較大，剛性的鋼筋混凝土面板由于無法適應(yīng)較大變形而容易出現(xiàn)脫空和開裂等問題，此外，面板壩由于無法適應(yīng)壩體變形，其抗震性能也較差。
[0004]近年來興起的柔性土工膜防滲體在應(yīng)對深覆蓋層上堆石壩防滲問題具有獨特的優(yōu)勢。相對于傳統(tǒng)堆石壩防滲體型式，堆石壩面土工膜防滲體具有防滲性能好、適應(yīng)壩基及壩體變形能力強、施工便捷和造價低等優(yōu)點。
[0005]在本發(fā)明之前，已有土工膜應(yīng)用于深覆蓋層上堆石壩防滲的案例，例如，仁宗海堆石壩采用了土工膜防滲，該壩壩基覆蓋層最深達(dá)148m，但壩體最高只有56m，屬于中低壩，上下游壩坡也較緩，坡比分別為1:1.8和1:2.0。該壩使用的土工膜防滲體主要由底部6cm厚的無砂混凝土墊層、復(fù)合土工膜和12cm厚的預(yù)制混凝土扣板保護層組成。該壩中采用的土工膜防滲體用于深覆蓋層上高堆石壩時存在以下兩個問題:一是無砂混凝土墊層為脆性材料，模量較高，而抗彎性能差，如果壩基及壩體產(chǎn)生較大不均勻沉降，壩面將會產(chǎn)生較大撓曲變形，脆性的無砂混凝土墊層將無法適應(yīng)壩面撓曲變形而產(chǎn)生開裂甚至錯動破壞，進而危及土工膜在水壓力作用下的安全；二是該防滲體的保護層采用的是預(yù)制混凝土扣板，在壩坡較緩情況下可以使用，但當(dāng)壩坡較陡(坡比> 1:1.5)時，保護層與復(fù)合土工膜之間的界面抗剪強度將無法滿足抗滑穩(wěn)定性要求，尤其是在壩面產(chǎn)生較大撓曲變形后，混凝土扣板將更容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，進而威脅土工膜的安全；而如果堆石壩壩坡設(shè)計的較緩，對于高壩來說，壩體斷面就會增大，壩體填筑方量增加，從而導(dǎo)致堆石壩的經(jīng)濟性優(yōu)勢無法充分發(fā)揮。所以，這種傳統(tǒng)的壩面土工膜防滲體無法應(yīng)用于深覆蓋層壩基上壩坡較陡的高堆石壩上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有堆石壩防滲體不能有效解決深覆蓋層上高堆石防滲問題的不足，提出一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體及其施工方法，該防滲體能夠適應(yīng)深覆蓋層上壩坡較陡的高堆石壩體所產(chǎn)生的較大變形及差異變形，且結(jié)構(gòu)型式簡單，施工便捷。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供所述面膜防滲體在實際工程中應(yīng)用的施工方法。
[0008]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體，其主要技術(shù)特征在于:面膜防滲體由混凝土保護層、土工膜防滲層、柔性墊層和過渡層組成。混凝土保護層為預(yù)留橫縫和豎縫的現(xiàn)澆纖維混凝土層，位于表層以保護土工膜；土工膜防滲層為兩布一膜復(fù)合土工膜，位于中間起防滲作用；柔性墊層為聚氨酯透水混凝土層，位于防滲體底部支撐土工膜和傳遞分散水荷載；柔性墊層和堆石壩體之間設(shè)置粗粒料過渡層。
[0009]所述的現(xiàn)澆纖維混凝土層采用聚丙烯纖維與水泥混凝混合攪拌后澆筑而成，通過纖維加筋來提高普通水泥混凝土的抗彎強度和韌性。
[0010]所述的聚丙烯纖維混凝土層，其粗骨料優(yōu)選粒徑為5?20mm，優(yōu)選厚度為25?35cm，保護層預(yù)留豎縫和橫縫，縫中填塞浙青木條進行封閉，預(yù)留縫分縫優(yōu)選間距為10?15m,縫寬為I?2cm。
[0011]所述的柔性聚合物透水混凝土墊層，采用巴斯夫Elastocoast?聚氨酯膠與碎石按照一定質(zhì)量骨膠比混合后澆筑而成，膠體均勻的包裹在碎石表面，利用膠體自身的粘結(jié)力將松散的碎石粘接成蜂窩狀的彈性整體。柔性墊層透水性好，抗壓抗彎強度高，彈性模量低，具有較高的韌性，能適應(yīng)壩基及壩體的變形，在壩面發(fā)生較大撓曲情況下不會發(fā)生開裂錯動等非連續(xù)變形。
[0012]所述的聚氨酯透水混凝土墊層,其優(yōu)選厚度為6?IOcm,聚氨酯膠與碎石骨料質(zhì)量配比為1.4: 100?1.6: 100，骨料為6?20_連續(xù)級配的碎石。
[0013]所述復(fù)合土工膜，采用兩布一膜的三明治式結(jié)構(gòu)，中間為0.5?1.5mm厚的PVC光膜，兩側(cè)為500?1200g/m2的針刺長絲土工織物，三層材料在工廠通過熱復(fù)合或者淋膜工藝復(fù)合成整體防滲層。
[0014]所述的過渡層設(shè)置在壩體堆石與柔性墊層之間，優(yōu)選厚度為2?3m，粒徑要和下部的壩體堆石以及上部的柔性墊層骨料粒徑大小相匹配，要滿足透水和反慮要求。
[0015]本發(fā)明還涉及所述深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體的施工方法，包括以下步驟:
(1)填筑堆石壩體及過渡層；
(2)堆石壩體和過渡層填筑至壩頂高程后，對過渡層坡面進行削皮修正和碾壓處理，使過渡層表面達(dá)到設(shè)計坡面線位置；
(3 )完成過渡層坡面處理后，從壩趾至壩頂沿坡面澆筑聚合物透水混凝土至墊層，養(yǎng)護2?3天；
(4)墊層養(yǎng)護結(jié)束后，從壩頂至壩趾沿墊層坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜，并進行接縫焊接和焊縫質(zhì)量檢測；
(5)復(fù)合土工膜鋪設(shè)完畢后，在復(fù)合土土工膜表面從壩趾至壩頂澆筑聚丙烯纖維混凝土保護層，并按設(shè)計位置預(yù)留豎縫和橫縫，在混凝土保護層養(yǎng)護至設(shè)計強度后，在預(yù)留的豎縫和橫縫中填塞浙青木條進行封閉。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于墊層采用了韌性較好的聚氨酯透水混凝土層，保護層采用了抗彎性能和韌性較好且預(yù)留豎縫和橫縫的聚丙烯纖維混凝土層，二者與柔性的土工膜一起組成的復(fù)合防滲體具有較強的變形適應(yīng)能力，當(dāng)深覆蓋層壩基和壩體因較大沉降而引起的壩面撓曲變形時，墊層不會不發(fā)生裂縫和錯動，而保護層靠預(yù)留的豎縫、橫峰以及自身的韌性能夠吸收變形而不發(fā)生明顯裂縫，所以，保護層和墊層均能在壩面發(fā)生較大撓曲變形時起到保護土工膜的作用。
[0017]本發(fā)明所采用的聚氨酯透水混凝土墊層以現(xiàn)澆的方式澆筑在過渡層表面，在終凝前可與過渡層表層的碎石粘接在一起，從而維持墊層自身的穩(wěn)定性；
本發(fā)明所采用的聚氨酯墊層表面為蜂窩狀的粗燥面，與上層的復(fù)合土工膜下表層的長絲針刺土工織物之間的界面具有較高的摩擦系數(shù)，使復(fù)合土工膜防滲層能夠維持自身穩(wěn)定性；
本發(fā)明所采用的纖維混凝土保護層現(xiàn)澆在復(fù)合土工膜表層長絲針刺土工織物表面上，混凝土凝固前水泥漿會滲入到復(fù)合膜表面蓬松的長絲土工織物當(dāng)中，凝固后就會與復(fù)合膜形成良好的粘接面，在壩體變形過程中保護層與復(fù)合土工膜之間不會由于發(fā)生錯動變形而失穩(wěn)破壞；
本發(fā)明結(jié)構(gòu)型式較簡單，施工便捷，尤其是聚氨酯透水混凝土墊層只需靜力碾壓，且養(yǎng)護期只有I?2天就能達(dá)到最終強度的80%以上，相對傳統(tǒng)的水泥無砂混凝土墊，不需振搗，施工程序更簡單，養(yǎng)護期從28天縮短至I?2天，可以大大縮短整個工程的施工工期，從而降低工程造價。
[0018]本發(fā)明所采用的材料都為水利水電工程中廣泛應(yīng)用的材料，施工步驟較為簡單，所采用工藝均為現(xiàn)有成熟技術(shù)，且工期可以大大縮短，造價低，是一種非常經(jīng)濟實用的堆石壩防滲體。
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細(xì)描述。本發(fā)明的保護范圍并不以【具體實施方式】為限，而是由權(quán)利要求加以限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的面膜防滲體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明的面膜防滲體保護層豎縫和橫縫布置示意圖；
圖3圖1中A位置局部放大圖。
[0021]圖中:1、混凝土保護層，2、土工膜防滲層，3、柔性墊層，4、過渡層，5、橫縫，6、豎縫，7、浙青木條，8、PVC光膜，9、針刺長絲土工織物。
[0022]【具體實施方式】
[0023]如圖1?圖3所示，一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體，由混凝土保護層1、土工膜防滲層2、柔性墊層3和過渡層4組成。保護層I為預(yù)留橫縫5和豎縫6的現(xiàn)澆纖維混凝土層，厚度為25?35cm，豎縫和橫縫分縫間距為10?15m，縫寬為I?2cm，縫內(nèi)填塞浙青木條7 ;土工膜防滲層2為采用兩布一膜式復(fù)合土工膜，中間為0.5?1.5mm厚的PVC光膜8，兩側(cè)為500?1200g/m2的針刺長絲土工織物9 ;底部的柔性墊層3為采用巴斯夫Elastocoast?聚氨酯膠與碎石混合后燒筑而成的，厚度為6?IOcm ;在柔性墊層3和堆石壩體之間設(shè)置粗粒料過渡層4，厚度為2?3m。
[0024]所述深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體的施工方法，包括以下步驟:
(1)填筑堆石壩體及過渡層4，為簡化圖中堆石壩體未標(biāo)出，過渡層4與壩體堆石平起施工，采用分級填筑，全斷面碾壓，使用的填筑方法及碾壓機械與常規(guī)面板堆石壩相同；
(2)堆石壩體和過渡層4填筑至壩頂高程后，對過渡層4的坡面進行削皮修正和碾壓處理，使過渡層4表面達(dá)到設(shè)計坡面線位置；
(3)完成過渡層4坡面處理后，從壩趾至壩頂沿坡面澆筑聚合物透水混凝土至墊層3設(shè)計坡面線，使用卷揚機配合滾筒式碾壓機進行靜力碾壓成型后，養(yǎng)護廣2天；
(4)墊層3養(yǎng)護結(jié)束后，從壩頂至壩趾沿墊層坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜2，并進行接縫焊接和焊縫質(zhì)量檢測；
(5)復(fù)合土工膜2鋪設(shè)完畢后，在復(fù)合土土工膜2表面從壩趾至壩頂澆筑聚丙烯纖維混凝土保護層1，并按設(shè)計位置預(yù)留橫縫5和豎縫6，在混凝土保護層I養(yǎng)護至設(shè)計強度后，在預(yù)留的橫縫5和豎縫6中填塞浙青木條7進行封閉。
【權(quán)利要求】
1.一種深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體，其特征在于:面膜防滲體由由混凝土保護層、土工膜防滲層、柔性墊層和過渡層組成，混凝土保護層為預(yù)留橫縫和豎縫的現(xiàn)澆纖維混凝土層，位于表層以保護土工膜；土工膜防滲層為兩布一膜復(fù)合土工膜，位于中間起防滲作用；柔性墊層為聚氨酯透水混凝土層，位于防滲體底部支撐土工膜和傳遞分散水荷載?’柔性墊層和堆石壩體之間設(shè)置粗粒料過渡層； 所述的現(xiàn)澆纖維混凝土層采用聚丙烯纖維和水泥混凝土混合攪拌后澆筑而成，聚丙烯纖維混凝土保護層優(yōu)選厚度為25~35cm，粗骨料優(yōu)選粒徑為5~20mm ； 所述的聚合物透水混凝土墊層，其優(yōu)選厚度為6~1Ocm,采用巴斯夫Elastocoast?聚氨酯膠與碎石混合后澆筑而成，其聚氨酯膠與碎石骨料質(zhì)量配比為1.4: 100~1.6:100,骨料粒徑為6~20mm連續(xù)級配的碎石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體，其特征在于:所述的保護層豎縫和橫縫優(yōu)選分縫間距為10~15m，縫寬為I~2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體，其特征在于:所述土工膜防滲層為米用兩布一膜式復(fù)合土工膜，中間為0.5~1.5mm厚的PVC光膜,兩側(cè)為500~1200g/m2的針刺長絲土工織物。
4.一種權(quán)利要求1所述的深覆蓋層上高堆石壩面膜防滲體的施工方法，包括以下步驟: (1)填筑堆石壩體及過渡層； (2)堆石壩體和過渡層填筑至壩頂高程后，對過渡層坡面進行削皮修正和碾壓處理，使過渡層表面達(dá)到設(shè)計坡面線位置； (3 )完成過渡層坡面處理后，從壩趾至壩頂沿坡面澆筑聚合物透水混凝土至墊層，養(yǎng)護2~3天； (4)墊層養(yǎng)護結(jié)束后，從壩頂至壩趾沿墊層坡面鋪設(shè)復(fù)合土工膜，并進行接縫焊接和焊縫質(zhì)量檢測； (5)復(fù)合土工膜鋪設(shè)完畢后，在復(fù)合土土工膜表面從壩趾至壩頂澆筑聚丙烯纖維混凝土保護層，并按設(shè)計位置預(yù)留豎縫和橫縫，在混凝土保護層養(yǎng)護至設(shè)計強度后，在預(yù)留的豎縫和橫縫中填塞浙青木條進行封閉。
【文檔編號】E02B3/16GK103643656SQ201310592978
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】吳海民, 束一鳴, 張憲雷, 滿曉磊, 劉欣欣 申請人:河海大學(xué)