一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体及其施工方法。所述的面膜防渗体由混凝土保护层、土工膜防渗层、柔性垫层和过渡层组成。混凝土保护层为预留横缝和竖缝的现浇纤维混凝土层，位于表层以保护土工膜；土工膜防渗层为两布一膜复合土工膜，位于中间起防渗作用；柔性垫层为聚氨酯透水混凝土层，位于防渗体底部支撑土工膜和传递分散水荷载；柔性垫层和堆石坝体之间设置粗粒料过渡层。其施工方法包括填筑过渡层、浇筑柔性垫层、铺设复合土工膜、浇筑混凝土保护层等技术步骤。本发明的面膜防渗体在较陡高堆石坝坡上能维持自身稳定、适应覆盖层坝基及坝体变形的能力强、结构型式简单，施工快捷，能有效解决深覆盖层上高堆石坝防渗问题。
【专利说明】一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利水电工程【技术领域】，涉及一种堆石坝防渗体及其施工方法，特别是涉及一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体及其施工方法。
【背景技术】
[0002]我国西南地区水能资源丰富，但随着西部大开发战略的深入实施以及水利水电开发的快速推进，地质条件较好的优良坝址已越来越少，而涉及河床深厚覆盖层的坝址地区越来越多。堆石坝由于具有可充分利用当地天然材料，坝址条件适应能力强、坝基覆盖层开挖工程量小、施工便捷等优点而成为可建于深厚覆盖层坝基上的最优坝型。对于修建在深厚覆盖层上高堆石坝，由于坝基变形较大，坝体中最为关键的防渗体结构极易发生破坏，从而威胁整个大坝的安全。所以合理的堆石坝防渗体材料及结构型式成为实现深覆盖层上建造闻堆石现的关键。
[0003]传统堆石坝按防渗体型式分为心墙堆石坝和面板堆石坝。心墙防渗体主要有粘土心墙和浙青混凝土心墙。对于粘土心墙防渗体，由于西南山区河谷地区坝址附近基本无粘土可用，而外运粘土的成本太高；同时大量取土也会占用耕地和破坏生态环境；而且西南地区一般雨季较长，对粘土心墙填筑施工影响大，从而导致工期长，工程造价增加；此外，粘土心墙因相对堆石坝壳模量较小而易出现拱效应，导致心墙在蓄水后容易发生水力劈裂破坏。对于浙青心墙防渗体，同样会因拱效应而产生水力劈裂破坏问题，而且浙青混凝土在雨季以及冬季低温时段均无法施工，也会较大延长施工期而增加工程造价。相对于心墙堆石坝，面板堆石坝具有结构型式简单，上下游坝坡更陡，坝体断面小，填筑方量小，施工期和短造价低等优点。但面板堆石坝一般是修建在基岩或者较浅的覆盖层上，而深厚覆盖层上坝基及坝体沉降及差异沉降较大，刚性的钢筋混凝土面板由于无法适应较大变形而容易出现脱空和开裂等问题，此外，面板坝由于无法适应坝体变形，其抗震性能也较差。
[0004]近年来兴起的柔性土工膜防渗体在应对深覆盖层上堆石坝防渗问题具有独特的优势。相对于传统堆石坝防渗体型式，堆石坝面土工膜防渗体具有防渗性能好、适应坝基及坝体变形能力强、施工便捷和造价低等优点。
[0005]在本发明之前，已有土工膜应用于深覆盖层上堆石坝防渗的案例，例如，仁宗海堆石坝采用了土工膜防渗，该坝坝基覆盖层最深达148m，但坝体最高只有56m，属于中低坝，上下游坝坡也较缓，坡比分别为1:1.8和1:2.0。该坝使用的土工膜防渗体主要由底部6cm厚的无砂混凝土垫层、复合土工膜和12cm厚的预制混凝土扣板保护层组成。该坝中采用的土工膜防渗体用于深覆盖层上高堆石坝时存在以下两个问题:一是无砂混凝土垫层为脆性材料，模量较高，而抗弯性能差，如果坝基及坝体产生较大不均匀沉降，坝面将会产生较大挠曲变形，脆性的无砂混凝土垫层将无法适应坝面挠曲变形而产生开裂甚至错动破坏，进而危及土工膜在水压力作用下的安全；二是该防渗体的保护层采用的是预制混凝土扣板，在坝坡较缓情况下可以使用，但当坝坡较陡(坡比> 1:1.5)时，保护层与复合土工膜之间的界面抗剪强度将无法满足抗滑稳定性要求，尤其是在坝面产生较大挠曲变形后，混凝土扣板将更容易发生失稳破坏，进而威胁土工膜的安全；而如果堆石坝坝坡设计的较缓，对于高坝来说，坝体断面就会增大，坝体填筑方量增加，从而导致堆石坝的经济性优势无法充分发挥。所以，这种传统的坝面土工膜防渗体无法应用于深覆盖层坝基上坝坡较陡的高堆石坝上。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有堆石坝防渗体不能有效解决深覆盖层上高堆石防渗问题的不足，提出一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体及其施工方法，该防渗体能够适应深覆盖层上坝坡较陡的高堆石坝体所产生的较大变形及差异变形，且结构型式简单，施工便捷。
[0007]本发明的另一目的在于提供所述面膜防渗体在实际工程中应用的施工方法。
[0008]本发明采用以下技术方案实现:
一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体，其主要技术特征在于:面膜防渗体由混凝土保护层、土工膜防渗层、柔性垫层和过渡层组成。混凝土保护层为预留横缝和竖缝的现浇纤维混凝土层，位于表层以保护土工膜；土工膜防渗层为两布一膜复合土工膜，位于中间起防渗作用；柔性垫层为聚氨酯透水混凝土层，位于防渗体底部支撑土工膜和传递分散水荷载；柔性垫层和堆石坝体之间设置粗粒料过渡层。
[0009]所述的现浇纤维混凝土层采用聚丙烯纤维与水泥混凝混合搅拌后浇筑而成，通过纤维加筋来提高普通水泥混凝土的抗弯强度和韧性。
[0010]所述的聚丙烯纤维混凝土层，其粗骨料优选粒径为5?20mm，优选厚度为25?35cm，保护层预留竖缝和横缝，缝中填塞浙青木条进行封闭，预留缝分缝优选间距为10?15m,缝宽为I?2cm。
[0011]所述的柔性聚合物透水混凝土垫层，采用巴斯夫Elastocoast?聚氨酯胶与碎石按照一定质量骨胶比混合后浇筑而成，胶体均匀的包裹在碎石表面，利用胶体自身的粘结力将松散的碎石粘接成蜂窝状的弹性整体。柔性垫层透水性好，抗压抗弯强度高，弹性模量低，具有较高的韧性，能适应坝基及坝体的变形，在坝面发生较大挠曲情况下不会发生开裂错动等非连续变形。
[0012]所述的聚氨酯透水混凝土垫层,其优选厚度为6?IOcm,聚氨酯胶与碎石骨料质量配比为1.4: 100?1.6: 100，骨料为6?20_连续级配的碎石。
[0013]所述复合土工膜，采用两布一膜的三明治式结构，中间为0.5?1.5mm厚的PVC光膜，两侧为500?1200g/m2的针刺长丝土工织物，三层材料在工厂通过热复合或者淋膜工艺复合成整体防渗层。
[0014]所述的过渡层设置在坝体堆石与柔性垫层之间，优选厚度为2?3m，粒径要和下部的坝体堆石以及上部的柔性垫层骨料粒径大小相匹配，要满足透水和反虑要求。
[0015]本发明还涉及所述深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体的施工方法，包括以下步骤:
(1)填筑堆石坝体及过渡层；
(2)堆石坝体和过渡层填筑至坝顶高程后，对过渡层坡面进行削皮修正和碾压处理，使过渡层表面达到设计坡面线位置；
(3 )完成过渡层坡面处理后，从坝趾至坝顶沿坡面浇筑聚合物透水混凝土至垫层，养护2?3天；
(4)垫层养护结束后，从坝顶至坝趾沿垫层坡面铺设复合土工膜，并进行接缝焊接和焊缝质量检测；
(5)复合土工膜铺设完毕后，在复合土土工膜表面从坝趾至坝顶浇筑聚丙烯纤维混凝土保护层，并按设计位置预留竖缝和横缝，在混凝土保护层养护至设计强度后，在预留的竖缝和横缝中填塞浙青木条进行封闭。
[0016]本发明的优点和效果在于垫层采用了韧性较好的聚氨酯透水混凝土层，保护层采用了抗弯性能和韧性较好且预留竖缝和横缝的聚丙烯纤维混凝土层，二者与柔性的土工膜一起组成的复合防渗体具有较强的变形适应能力，当深覆盖层坝基和坝体因较大沉降而引起的坝面挠曲变形时，垫层不会不发生裂缝和错动，而保护层靠预留的竖缝、横峰以及自身的韧性能够吸收变形而不发生明显裂缝，所以，保护层和垫层均能在坝面发生较大挠曲变形时起到保护土工膜的作用。
[0017]本发明所采用的聚氨酯透水混凝土垫层以现浇的方式浇筑在过渡层表面，在终凝前可与过渡层表层的碎石粘接在一起，从而维持垫层自身的稳定性；
本发明所采用的聚氨酯垫层表面为蜂窝状的粗燥面，与上层的复合土工膜下表层的长丝针刺土工织物之间的界面具有较高的摩擦系数，使复合土工膜防渗层能够维持自身稳定性；
本发明所采用的纤维混凝土保护层现浇在复合土工膜表层长丝针刺土工织物表面上，混凝土凝固前水泥浆会渗入到复合膜表面蓬松的长丝土工织物当中，凝固后就会与复合膜形成良好的粘接面，在坝体变形过程中保护层与复合土工膜之间不会由于发生错动变形而失稳破坏；
本发明结构型式较简单，施工便捷，尤其是聚氨酯透水混凝土垫层只需静力碾压，且养护期只有I?2天就能达到最终强度的80%以上，相对传统的水泥无砂混凝土垫，不需振捣，施工程序更简单，养护期从28天缩短至I?2天，可以大大缩短整个工程的施工工期，从而降低工程造价。
[0018]本发明所采用的材料都为水利水电工程中广泛应用的材料，施工步骤较为简单，所采用工艺均为现有成熟技术，且工期可以大大缩短，造价低，是一种非常经济实用的堆石坝防渗体。
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。本发明的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1本发明的面膜防渗体结构示意图；
图2本发明的面膜防渗体保护层竖缝和横缝布置示意图；
图3图1中A位置局部放大图。
[0021]图中:1、混凝土保护层，2、土工膜防渗层，3、柔性垫层，4、过渡层，5、横缝，6、竖缝，7、浙青木条，8、PVC光膜，9、针刺长丝土工织物。
[0022]【具体实施方式】
[0023]如图1?图3所示，一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体，由混凝土保护层1、土工膜防渗层2、柔性垫层3和过渡层4组成。保护层I为预留横缝5和竖缝6的现浇纤维混凝土层，厚度为25?35cm，竖缝和横缝分缝间距为10?15m，缝宽为I?2cm，缝内填塞浙青木条7 ;土工膜防渗层2为采用两布一膜式复合土工膜，中间为0.5?1.5mm厚的PVC光膜8，两侧为500?1200g/m2的针刺长丝土工织物9 ;底部的柔性垫层3为采用巴斯夫Elastocoast?聚氨酯胶与碎石混合后烧筑而成的，厚度为6?IOcm ;在柔性垫层3和堆石坝体之间设置粗粒料过渡层4，厚度为2?3m。
[0024]所述深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体的施工方法，包括以下步骤:
(1)填筑堆石坝体及过渡层4，为简化图中堆石坝体未标出，过渡层4与坝体堆石平起施工，采用分级填筑，全断面碾压，使用的填筑方法及碾压机械与常规面板堆石坝相同；
(2)堆石坝体和过渡层4填筑至坝顶高程后，对过渡层4的坡面进行削皮修正和碾压处理，使过渡层4表面达到设计坡面线位置；
(3)完成过渡层4坡面处理后，从坝趾至坝顶沿坡面浇筑聚合物透水混凝土至垫层3设计坡面线，使用卷扬机配合滚筒式碾压机进行静力碾压成型后，养护广2天；
(4)垫层3养护结束后，从坝顶至坝趾沿垫层坡面铺设复合土工膜2，并进行接缝焊接和焊缝质量检测；
(5)复合土工膜2铺设完毕后，在复合土土工膜2表面从坝趾至坝顶浇筑聚丙烯纤维混凝土保护层1，并按设计位置预留横缝5和竖缝6，在混凝土保护层I养护至设计强度后，在预留的横缝5和竖缝6中填塞浙青木条7进行封闭。
【权利要求】
1.一种深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体，其特征在于:面膜防渗体由由混凝土保护层、土工膜防渗层、柔性垫层和过渡层组成，混凝土保护层为预留横缝和竖缝的现浇纤维混凝土层，位于表层以保护土工膜；土工膜防渗层为两布一膜复合土工膜，位于中间起防渗作用；柔性垫层为聚氨酯透水混凝土层，位于防渗体底部支撑土工膜和传递分散水荷载?’柔性垫层和堆石坝体之间设置粗粒料过渡层； 所述的现浇纤维混凝土层采用聚丙烯纤维和水泥混凝土混合搅拌后浇筑而成，聚丙烯纤维混凝土保护层优选厚度为25~35cm，粗骨料优选粒径为5~20mm ； 所述的聚合物透水混凝土垫层，其优选厚度为6~1Ocm,采用巴斯夫Elastocoast?聚氨酯胶与碎石混合后浇筑而成，其聚氨酯胶与碎石骨料质量配比为1.4: 100~1.6:100,骨料粒径为6~20mm连续级配的碎石。
2.根据权利要求1所述的深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体，其特征在于:所述的保护层竖缝和横缝优选分缝间距为10~15m，缝宽为I~2cm。
3.根据权利要求1所述的深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体，其特征在于:所述土工膜防渗层为米用两布一膜式复合土工膜，中间为0.5~1.5mm厚的PVC光膜,两侧为500~1200g/m2的针刺长丝土工织物。
4.一种权利要求1所述的深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体的施工方法，包括以下步骤: (1)填筑堆石坝体及过渡层； (2)堆石坝体和过渡层填筑至坝顶高程后，对过渡层坡面进行削皮修正和碾压处理，使过渡层表面达到设计坡面线位置； (3 )完成过渡层坡面处理后，从坝趾至坝顶沿坡面浇筑聚合物透水混凝土至垫层，养护2~3天； (4)垫层养护结束后，从坝顶至坝趾沿垫层坡面铺设复合土工膜，并进行接缝焊接和焊缝质量检测； (5)复合土工膜铺设完毕后，在复合土土工膜表面从坝趾至坝顶浇筑聚丙烯纤维混凝土保护层，并按设计位置预留竖缝和横缝，在混凝土保护层养护至设计强度后，在预留的竖缝和横缝中填塞浙青木条进行封闭。
【文档编号】E02B3/16GK103643656SQ201310592978
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】吴海民, 束一鸣, 张宪雷, 满晓磊, 刘欣欣 申请人:河海大学