专利名称：水下建造水利设施的不透水保护层的制作方法
技术领域：
本发明涉及建造水利设施的保护套层的系统，例如大坝，运河，水库，隧道，进水塔等类似设施，使用这种系统，可以直接在水下操作，甚至在一定水深下，无须将其中的水排空，或者将与需要保护的水利设施的表面接触的水排出。
众所周知，大坝，水库，运河或者其它类似设施的与水相接触的表面会随时间的推移而产生风吹日晒的恶化，这是由于水和冰的机械侵蚀作用以及水利设施所在处的气候和空气中温度变化引起的物理现象，此外，混凝土的水利设施有可能过于渗透水，从而由于渗透和设施本身的破坏导致水流失。
作为这些缺陷的补救措施，人们经常使用传统的材料，例如，新型混凝土浇筑件，加强喷涂混凝土层，沥青膜或其它类型的膜，钢板，树脂基的涂料涂层或者底层，用混凝土浆或化学浆强化灌浆；但是，这些方法具有施工上的困难，从而导致不确定的结果，以及不可靠的耐用性。由于上述传统方法所遇到的各种问题，人们提出了各种替代性方案，用于水利设施与水相接触的表面或侧面的防水。美国专利4913583号和5143480介绍了几种水利设施防水处理的实施范例，它们利用塑料材质的柔软薄层作为不渗透水的保护层，例如地表膜或者地表复合物，将其直接锚固在需要保护的表面上。
特别地，上述美国专利5143480公开了一种用于保护大坝或类似设施的方法，通过在大气压下将坝体内的水凝结或排出，这种方法能够达到有效地对设施本体脱水。
根据前述专利，保护膜通常在水已经被排空、需加固的表面完全暴露的干燥情况下安装，从而在某些情况下，在保护膜安装之前，保证需要保护的表面进行修复。
然而，排水或者阻断运河中的水流将引起许多问题，主要的问题是用于供电、灌溉用水和饮用水的损失。如果是用于娱乐目的的利用水库或运河的情况，对环境的影响也是不容轻视的。此外，排水本身也是一个主要问题如果是多年以前建造的水利设施，例如由于缺乏排水口或者排水口无法正常工作，或者影响下游地区，或者其它重大原因，将不能完成排水。在所有这些情况下，都无法按照传统方法进行水利设施的防水处理。
虽然美国专利5143480号提出了在水下安装水利设施的保护层的可能性，但是它并没对正确地安装水下地表膜实际提供任何有用的指示和教导，而这种安装必须考虑水的深度和混浊度，可能出现的水流，水下环境对一些在干燥条件下容易完成的任务产生的困难。所有这些因素都将引起需要保护的水利设施附近的工作条件的改变，它们将使构成保护套的塑料层的定位、以及必需进行的相邻层之间以及沿着需要保护的区域的周边的防水密封成为难于进行的，甚至是无法进行的。
本发明的目的是提供一种建造由地表膜或地表复合物构成的防水保护层的系统，用于保护诸如大坝以及其附属设施，水库，运河，等类似设施，利用该系统，可以在水下甚至在较深水深下操作，而无需预先将水排出，保证地表膜或地表复合物的正确定位和在任何工作条件下的密封。
本发明的进一步目的是提供一种适合于建造水利设施的保护层的地表膜或地表复合物的系统，使用该系统，可以在有水状况下安装保护层，保证地表膜的精确定位，在安装时不会对构成地表膜的材料层产生过度的应力，同时保证了实施的可靠性。
事实上，在水下安装防水地表膜必须考虑下列因素，例如需保护的表面的展宽，处理表面使其容纳所有有可能刺穿或撕破膜的凸起点和不规则点的困难性和所需的长时间。此外，膜在安装过程中必须被保持在能够抵抗安装过程中产生的应力的状态。
本发明的这些和其它目的将通过一种用于水下建造水利设施的保护层的系统完成，它具有本发明的总的特征，使用这种系统，保护膜的建造采取以下步骤限定一个需要保护的表面，在所说的表面上划定一个参考线；将不透水性材料的柔软薄层降低到水下，使每个薄层的一个侧边与所说的参考线对齐并在薄层的前后面保持压力平衡状态，从而将每个材料薄层沿着需保护的表面区域定位和拉紧；被拉紧的薄层然后被水密地连接起来并沿着其边缘被机械地固定在被保护的表面区域，被机械地固定在水利设施的薄层也在沿保护层的周边形成，在保护膜与被保护设施的表面之间积存的水被排放以后，作用于膜之后的后压力将随之得以减小。
下面结合
本发明的系统的几个实施例，附图中
图1是建造了本发明的保护层的普通大坝的混凝土体的示意图；图2是沿着附图1的2-2线剖开的剖视图；图3是附图2放大的细部图；图4是沿着附图3的4-4的剖视图；图5是附图2的第二个放大的局部图，说明位于一个竖直断面和一个底部断面之间的用于不渗透性膜的水密固定的连接系统。附图6是根据第一实施例的竖直断面和底部断面之间的一个连接点处的断面的前视图；图7为根据第二实施例的与附图6相类似的视图；图8和9为本发明的进一步实施例。
在图1和2所示的实施例中，标号10代表一个普通水利设施例如大坝的混凝土体，其与水接触的表面11需要用一种防水层或膜12进行适当的保护，这些层或膜由一组柔韧性合成材料构成，例如聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)，高密度的聚乙烯(HDPE)，非常低密度的聚乙烯(VLDPE)，通过一个竖直条板13，它们水密性地固定在表面11上；根据本实施例，条板13装配构成一个常压下的排放通道系统，将从水利设施10的主体内渗出的水排放到外面，并在位于保护膜12与被保护的表面11之间的空气空间或室26内将其收集。空气室内至少建造一个排水层，它收集从破裂处和缺陷处渗透出的水，这些破裂处和缺陷处最终将影响不透水膜。在一个低的位置，安装了一个由附加的排水层或排水条板或排水管构成的排放水收集系统。膜12的作用，构成对蒸发的阻挡，而这种蒸发能够保证从水利设施10体内凝结的水被提取出来，在先美国专利5143480或其相应的意大利专利申请N1248825已经对其作了说明，它们构成了本说明书的一个组成部分。
根据本发明的这种建造类型，建造和固定在混凝土设施上的竖直条板和一个底部条板被用于水密地固定不透水膜12，即构成它的材料层，以便保证整个保护系统在水下建造。以下结合附图3-6说明该系统和相应的条板的实施例。
如附图2和放大的附图5所示，为了实现沿着底部四周或者需要保护的区域下部侧边的不透水膜12的水密固定，可以通过一个金属条板27将膜固定和压紧在混凝土体10上，该条板包含几个对准部分，从而将膜安装在需要保护的表面11上。如果混凝土体在沿着上述设施10的底部四周不能形成牢固的固定，作为一个替代其它膜的机械性固定方案，可以建筑一个底座16，在其上，利用现有的水下技术，浇铸一个混凝土梁17，用于固定条板15，在这种情况下，梁17与槽16之间的内表面的界面必须是密封的，例如可以通过在梁17的制造过程中，适当地形成通孔18，然后用适宜的防水树脂在需要的灌浆压力下灌浆来实现，这类树脂有丙烯酸或者环氧树脂。
在保护膜的低部边缘被条板15固定到混凝土表面上以后，可以通过适当的固定部件将膜连接到表面11上，这种固定部件例如带微孔的垂直条板，彼此间距适当的距离。它们的形状和位置只是用来举例。
如附图3和4的剖面图所示，金属条板13可以是方形或者管形的部件，或Ω形状的部件，压在表面11上，根据在先的美国专利5143480所记载的原理，构成一个垂直的导管系统，用来排放水收集室内渗漏的水。在本发明的实施例中，为了在水下安装不透水膜12，每个条板13都建造有定位孔19，19＇，从而保证固定部件20插入时，孔19在预定地点的一边，而孔19＇在另一边，并且在金属条板13的前侧的适当的位置上设置了一定数目的螺栓21，以便保证构成膜12的薄层材料随后被水密性地固定，如下面说明。如示意性画出的那样，螺栓21为直接焊接或以其它方式固定到条板13上。
按照一种相似的方法，条板15上设置了同样的螺栓21＇，以进行膜12的底部边缘的水密性固定。
更详细地如附图3和5中放大的剖面图所示，在竖直条板13上，两个相邻薄层的相对的边缘12a和12b部分重叠，显示出在薄层和条板之间有可能插入适当的密封垫；两个薄层的重叠边缘12a和12b之间的水密固定可以通过被拧入螺栓21的螺母24所固定的扁平条板23实现。此外，如附图4所示，可以安装一个其翼朝向表面11的槽形条板25，以便压迫或者迫使薄层的边缘12a和12b贴紧排水层26，后者形成一个空气室或空间，收集从水利设施10体内出来的水，或者从随时间在保护层或膜12上产生的裂缝中渗漏的水。作为膜12的相邻材料层的相对边缘之间的机械连接的替代或附加，也可以通过在水下进行的焊接实现水密连接。
在一种与附图4和5所说相类似的方案中，膜12的底边缘通过平展或其他形状的第二条板27被水密性地固定到条板15上，其中间具有适当水密性的密封垫。
为了实现每竖垂直条板13与底部条板15之间的倒角连接，以便实现膜12在过渡区域内的适当定位，底部条板15或者构成它的各个部分可以相应于每个竖直条板13具有一个短的楔形部件15＇，如图所示，它从每个条板13的底部向底部条板15的上边缘渐缩。楔形的连接部件15＇可以在条板15的一端或两端安装，如图6所示，也可以安装在中部，如图7所示。显然，连接部件15＇具有适宜于固定装置及合适的螺栓21＇分别穿过的孔，以便不透水膜的连接。
根据以下步骤，可以实现在水下安装不透水膜，以建造整个水利设施的防水保护层；在已经完成对需要保护的水利设施的必要的观察和准备之后，精确地限定出需要安装膜的区域的界线或边线，整个安装至少建立一条参考线，定位一条定位缆，它垂直方向位于它的附近并与需要覆盖膜的区域的一个侧边相平行。然后如上所述，通过适当的设备，固定各种条板13，15，然后铺设构成膜12的各个材料层，它位于水下需要保护的表面之上，每个薄层的一个水平边缘与参考缆对准；在水下固位和/或铺设每个材料层的过程中，必须小心保持建造中的膜的每个层的两面上所受到的水压力处于平衡状态。实际的安装过程如下将材料层制成所要的尺寸，边缘处穿有供螺栓穿过的孔，将预先建造的排水通道14的排水阀14＇完全关闭，每个薄层12逐渐地铺设并沿着水利设施的表面11降低，与参考线平行，使每个薄层的相对边缘重叠，并在其之间加密封垫；每个薄层的边缘被平的条板23和/或条板27压住，逐渐加固整个表面11。除了从顶部铺设和降低每个薄层外，根据另一替代性方案，也可以从底部向顶部自下而上铺设材料层卷。由于排水管道14的排水阀是关闭的，必须在每层薄层的两面即建造中的膜的整个前后两面所受到的水压力得到精确补偿或平衡下进行操作，避免膜被突然吸到设施的表面11上，妨碍进一步的铺设，因此避免膜本身受到高应力，导致应力集中点被撕破。在沿周边以及沿整个膜的竖直条板的水密封被很好地完成以后，将膜12与水利设施的主体10之间的水抽出，作用于膜12的背侧的压力将逐渐减小，抽水的方法可以是例如打开排水阀14＇，完全放出留下的水，水的排出也可以使用其他系统，例如一个水泵，从与水接触的膜的顶部或侧部，正对一个合适的孔或者一排沿膜的底部的孔，与朝向水库一侧的排水管相连接。在这种情况下，设想存在一层或多层重叠的地表网的交叠，或者通过安装一系列用于支持距离需要保护的表面较远的不透水膜的水平条板，排水能力将会增加，从而能够将排出的水输送到排放点。
按照这种方法，在两个相对的表面之间，将形成一个与排水层26相对应的空气室，它实际上处于大气压下，用于排放凝结和渗透出的水；如果保护膜仅仅覆盖了水利设施表面的一部分，并且需保护的区域的四周均进行了水密封，膜与水利设施的需要保护的表面之间形成的排水室内的大气压状态可以通过任意一种已知的适于此的通风系统来达到。由于防水膜12与水利设施的表面11之间积存的水是通过位于底部的排水管道14排放的，因此压力从顶部到底部逐渐减小，不引起对膜的突然压力波动和应力，从而膜覆盖在作为空气室或排水层的网状结构26上。
显然，获得了一种在任意情况下在水下建造保护层的可行方案，不需要为了实施工程而将水完全排出，操作极为可靠，膜上不会受到过度的应力。
附图8说明一个技术方案，其中大坝的上游坝脚处应当建造一个加强部件，从而构成底部固定梁，在这种情况下，最好在浇铸梁17之前，围绕整个四周安装不透水保护层28，注意将保护层的上边缘翻卷到梁17处，即使在这种情况下，梁17上也可以设置一些孔18，用以灌浆防水树脂，作为除条板15之外的保护层边缘固定手段。
在各个附图以及以上说明中，介绍了几种条板和固定保护膜12的不透水层的机械固定系统的可能结构。条板可以是不同的，甚至可以省略，在这种情况下，膜12通过其它机械固定方法固定到需要保护的表面上，例如用钉子或者螺栓，直接固定在需要保护的水利设施的混凝土主体上，只要它们能形成足够的水密连接。
网状结构26具有排水和防刺破作用，它可以由地表网地表纺物或类似材料构成。
结构26可以在制造过程中与不透水保护层12相配接成一体，从而成为地表复合体。
最后，附图9说明了一种覆盖薄层的不同的水密固定系统，它利用树脂固定到位于沿水利设施的底边周边的固定梁上。更精确地说，如上图所示，构成不透水膜的薄层的较低边缘12＇被插入槽30中，该槽纵向地位于梁17内，并且含有管道31，用于灌浆环氧树脂或其它适宜于水下聚合的树脂，以便牢固地和水密地固定薄层的边缘12＇；在梁的非水平部位，当薄层的边缘12＇被导入槽30中，树脂被注入之前，可以在薄层的两个侧面以及沿着槽30的相应部位设置一个硬质环氧树脂阻隔，起到一个模板的作用，从而避免固定不透水膜的树脂的外溢。
权利要求
1.用于在水下建造水利设施(10)或其一部分的不透水保护层的系统，其中，一层由不透水材料柔韧层(12)构成的膜，被固定于需要保护的水利设施(10)上，其特征在于选定需要保护的表面(11)区域，设置至少一个参考线，通过将每层薄层材料(12)铺设在需要保护的表面区域(11)，保持每个薄层材料(12)的一条横边平行地与所说的参考线对准，并且保持作用于每个薄层材料(12)的前后面上的压力处于水静力平衡状态在水下建造所述的膜，然后将所说的薄层材料沿其边缘水密地连接并通过需要保护的表面上的机械固定装置(13，20，21，24)将其固定到水利设施(10)上。
2.根据权利要求1所说的系统，其特征在于它含有拉紧装置(25)，与上述的机械固定装置(13，20，21，24)共同作用，拉紧不透水膜的薄层材料(12)。
3.根据权利要求1所说的系统，其特征在于在所说的膜(12)的后面与水利设施(10)的表面(11)之间形成一个水收集室(26)，随着留存在位于膜(12)与受其保护的设施(10)的表面(11)之间的室(26)中的水被逐渐排出，作用于膜(12)后的压力被减小。
4.根据权利要求3所说的系统，其特征在于借助于从所说的室(26)的顶部到底部逐渐减小水量，减小作用于面向需要保护的表面(11)的不透水膜(12)的背面的压力。
5.根据权利要求3所说的系统，其特征在于与水利设施面对的膜(12)的背面或者从与其相反的前面，利用重力将水逐渐从底部排出，和/或用泵抽出，达到减小作用于膜(12)的背面的压力。
6.根据权利要求1所说的系统，其特征在于膜(12)的周边被固定于现有的水利设施(10)上或者固定于水利设施的主体(10)的内部和/或外部设置的加强梁(17)。
7.根据权利要求6所说的系统，其特征在于包括所述的加强梁(17)和对应的砌筑处理的表面和/或在下面的土壤之间的界面(16，29)设置的防水层。
8.根据权利要求7所说的系统，其特征在于上述的防水层是通过建造在加强梁(17)中的灌浆管道用树脂灌浆建造的。
9.根据权利要求7所说的系统，其特征在于上述界面的防水层是由沿着接触界面的不透水层材料(28)提供的。
10.根据权利要求6所说的在水下建造水利设施的不透水保护层的系统，其特征在于上述梁(17)的在膜(12)的内边缘处包括一个固定条板(15)，它在竖直固定条板(13)的底部具有一个楔形连接部件(15＇)，用于将膜斜向在需要保护的设施的表面(11)。
11.根据权利要求1所说的在水下建造水利设施的不透水保护层的系统，适宜于排出积存在水利设施体内的水，其中，利用管状的条板部件(13)，将弹性可变形合成材料柔韧层构成的不透水保护膜固定在需要保护的表面(11)上，这些条板限定一条大气压下的排水通道，用于排放上述表面(11)与不透水保护层的薄层(12)之间收集的水，其特征在于沿着所有水利设施的底部周边，在不透水膜的下边缘设置固定设施，在必要时，通过在连续梁(17)中嵌入金属条板来设置所说的固定设施；通过将材料层固定到上述条板(13)上，同时保持作用于所说的层(12)的两面的压力处于平衡状态，将构成不透水膜的每个材料层(12)进行水密连接，并最终将膜粘附到预先建造在需要保护的表面(11)上的排水层上，逐渐减小不透水膜(12)和由其保护的水利设施相对表面(11)之间的水压力。
12.根据权利要求1所说的系统，其特征在于所述的柔韧层(12)通过机械固定装置和/或水下进行的焊接进行相互连接的。
13.根据权利要求1所说的系统，其特征在于所述的柔韧层(12)在沿着水利设施(10)的底部周边通过灌封树脂连接到固定梁(17)。
全文摘要
用于在水下建造水利设施(10)或其一部分的不透水保护层的系统，在需要保护的表面(11)区域，设置至少一个参考线，将每层薄层材料(12)放置并展开在需要保护的表面(11)区域，保持每个薄层材料(12)的一条横边平行地与所说的参考线对准，并且保持作用于每个薄层材料(12)的前后面上的压力处于水静力平衡状态在水下建造保护层，然后将所说的薄层(12)沿其边缘水密地连接并通过机械固定装置(13，20，21，24)将其固定到水利设施(10)的表面(11)上。
文档编号E02B7/04GK1139722SQ96104348
公开日1997年1月8日 申请日期1996年1月12日 优先权日1995年1月13日
发明者阿尔伯托·斯奎罗 申请人:西部隆公司