一种无基坑修筑沥青心墙坝基座的方法及结构与流程

1.本发明涉及一种无基坑修筑沥青心墙坝基座的方法及结构，属于水利水电工程沥青心墙坝技术领域。
技术背景
2.沥青混凝土心墙土石坝是一种常见的土石坝坝型，特点是在坝体内部设置沥青心墙作为防渗体，沥青心墙下部设混凝土基座，基座坐落在稳定的岩石地基上，否则容易发生沉降变形，进而破坏沥青心墙产生渗漏通道。在大多数情况下，河床的覆盖层较厚，不满足坝基承载要求，需挖除覆盖层，形成较深的基坑，从而带来一系列基坑排水、支护、弃渣等问题，工期长，造价高，且大量弃渣对自然环境造成较大的影响，占用宝贵的土地资源。
3.现有技术中，本领域技术人员对以上问题提出了一些创新成果，例如，中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司公布了一种沥青心墙基座及其施工方法(专利申请号201510650774.3)，其解决了以前土石坝在填筑过程中不能够用于过流的问题。该沥青心墙基座本体设置在基座建基面上，且基座本体顶部的水平高度比坝体建基面的水平高度高。高出坝体建基面部分能够保护坝体下部断面的安全，所以土石坝在填筑过程中能够进行过流，进而降低了上游设置围堰的高度。中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司另公布了一种沥青混凝土心墙与坝基混凝土防渗墙接头结构(专利申请号201810321773.8)，其沥青混凝土心墙和坝基混凝土防渗墙沿水流流动方向错开布置，其中沥青混凝土心墙设置于水流的上游段，坝基混凝土防渗墙设置于水流的下游段，所述沥青混凝土心墙和坝基混凝土防渗墙之间通过柔性沥青混凝土连接。该措施能提高堆石坝体的整体防渗能力。
4.然而，现有技术中，均未提出沥青心墙基座基础深厚覆盖层的处理，均要求基座坐落在基岩上，需对覆盖层进行挖除。因此，现有深厚覆盖层上修建沥青心墙坝的技术，有待进一步改进。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种深厚覆盖层上无需传统意义上的基坑修筑沥青心墙坝基座的方法和结构，以解决现有技术难以直接在深厚覆盖层上修建沥青心墙坝的问题。
6.本发明是这样实现的：
7.该方法包括对抛填料(703)进行振冲处理后修筑沥青心墙坝基座，再对基座下部抛填料和覆盖层进行压密注浆(201)加固，同时采用前置铺盖以及脉动灌浆防渗墙和帷幕灌浆，构成完整的防渗体系。
8.具体而言，该方法包括如下步骤：
9.s1，利用戗堤进占河床，在上下游戗堤间抛填砂砾料，露出水面形成施工平台；
10.s2，在施工平台上对抛填料振冲形成建基面，然后在建基面上设置沥青心墙的基座；
11.s3，在沥青心墙的基座上对抛填料和覆盖层进行压密注浆；
12.s4，设置前置铺盖，铺盖与沥青心墙的基座采用水平柔性止水连接；
13.s5，施工前置铺盖下部覆盖层里的脉动灌浆防渗墙；
14.s6，施工沥青心墙和上下游过渡料、坝壳料，最终施工完成大坝；
15.在以上步骤中，所述沥青心墙的基座不需要坐落在基岩面，而是直接修建在河床抛填料和覆盖层上。
16.本发明的覆盖层上沥青心墙基座修筑方法，无需挖除覆盖层，不产生传统意义上的基坑，而是采用从岸上向河床填石进占方式形成上下游戗堤，在戗堤间水下抛填一定级配的砂砾料，直至填出水面形成施工平台。
17.采用压密注浆对抛填料和覆盖层进行基础处理，满足沥青心墙基座的修筑要求后，在该注浆加固后的复合地基上修建沥青心墙基座。
18.常规方法在基座下部直接采用地下连续墙的方法形成防渗墙，但因为基座修建在复合地基上，使得刚性的防渗墙直接承受上部基座和沥青心墙的荷载，而导致防渗墙容易破坏形成渗流通道。
19.本发明采用前置铺盖的方法解决该问题。即基座上游修建水平混凝土铺盖，铺盖和基座之间采用柔性水平止水，与铺盖下方覆盖层脉动灌浆形成的防渗墙和基岩的防渗帷幕构成完整的基础防渗体系。
20.其中铺盖和基座之间的结构缝，采用柔性水平止水，在确保防渗的同时适应基座和前置铺盖的不均匀变形。
21.沥青心墙和上下游过渡料、坝壳料等按常规方法施工，最终完成大坝填筑。
22.采用本发明的结构和方法不需要进行深覆盖层基坑开挖，而是对覆盖层进行压密注浆加固处理后作为基座基础，优化了施工工序，节约了大量填筑料，扩大了沥青心墙的适用范围。其次，采用本方法不需要挖除深厚覆盖层，避免了深厚覆盖层开挖产生的大量土方问题，减少了弃渣场征地，有利于生态环境保护和水土保持。而且，采用本发明的结构优化施工工艺，避免深基坑支护，有利于建设场地安全。本发明还能节省征地及相关水保、环保措施，显著节省工期及工程投资。
23.采用前述方法构筑的深厚覆盖层上无基坑修筑沥青心墙坝基座的结构，由三大部分组成，即基座和基座下部抛填料和覆盖层中的压密注浆复合地基，基座上游前置铺盖和铺盖下部覆盖层中设脉动灌浆防渗墙及基岩中设帷幕灌浆，基座与铺盖、心墙等结构间的止水系统。
24.与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的进步：
25.首先，采用本发明的方法及结构，直接在河床抛填形成施工平台，不需要挖除覆盖层，对覆盖层进行加固处理后，作为沥青心墙基座的基础，避免大开挖形成深基坑以及一系列基坑排水、防渗、支护等问题。
26.其次，使用本发明修筑沥青心墙基座，产生的弃渣少，工序简单，缩减了工期，节省工程投资，且避免大量弃渣对自然环境造成较大的影响，节约宝贵的土地资源。同时大大降低沥青心墙高度和节省沥青混凝土用量，节省工程投资。
27.此外，对覆盖层采用脉动灌浆形成的防渗墙，具有一定的变形协调能力，可以适应地基的轻微变形，避免被基座压坏，出现渗漏问题。
28.因此，本发明的技术方案与现有技术相比，具有显著的进步。
附图说明
29.图1是本发明河床无基坑施工平台填筑示意图；
30.图2是沥青心墙基座及防渗体系结构示意图；
31.图3是压密注浆孔布置图；
32.图4是基座与防渗铺盖止水大样图；
33.图5是基座凹槽大样图；
34.图6是脉动灌浆孔大样图一；
35.图7是脉动灌浆孔大样图二；
36.图8是脉动灌浆孔大样图三；
37.图9是基座较厚做法示意图；
38.附图标记说明：100-基座、101-下部基座、102-上部基座、200-前置铺盖、201-压密注浆、202-压密注浆孔、300-脉动灌浆防渗墙、301-防渗墙灌浆孔、302-帷幕灌浆、400-基岩面、401-建基面、500-沥青心墙、501-预埋铜片止水、502-基座凹槽、503-稀释沥青、504-沥青玛蹄脂、600-结构缝、601-第一道止水、602-沥青麻丝、603-第二道止水、700-河床面、701-上游戗堤、702-下游戗堤、703-抛填砂砾料。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.本发明是这样实施的：
42.本发明的这种方法和结构，利用戗堤进占河床，在上游戗堤701和下游戗堤702间抛填砂砾料703，露出水面形成施工平台，无需挖除河床中的覆盖层，仅清除表层即可，基座100不需要坐落在基岩面，而是直接修建在河床抛填料和覆盖层上，抛填料和覆盖层进行压密灌浆基础处理后施工沥青心墙基座100，对于基础防渗，采用前置铺盖200，铺盖与基座100采用水平柔性止水连接，铺盖下部覆盖层采用脉动灌浆防渗墙300，基岩采用帷幕灌浆302，形成完整防渗体系，然后上部坝体按常规方式填筑施工完成。
43.本发明的详细技术方案如下：
44.本发明的沥青心墙坝基座结构有几大部分组成，即基座100，基座100下部的基础处理压密注浆201，基座上游的前置铺盖200，前置铺盖200下部覆盖层中的脉动灌浆防渗墙300和基岩中的帷幕灌浆302，基座100与沥青心墙500接触止水结构，以及前置铺盖200和基
座100之间的止水结构。
45.本发明的沥青心墙基座修筑方法，无需挖除建基面401和基岩面400之间的覆盖层，不产生传统意义上的基坑，而是采用压密注浆201对覆盖层进行基础处理，满足沥青心墙基座100和沥青心墙500的修筑要求后，在基座100上修建沥青心墙500。
46.本发明基座上游修建水平混凝土铺盖200，铺盖200和基座100直接采用柔性水平止水，铺盖下方覆盖层采用脉动灌浆形成防渗墙300，基岩采用帷幕灌浆形成防渗帷幕302，从而构成完整的基础防渗体系。
47.其中铺盖200和基座100之间的结构缝，采用柔性水平止水，共布置2道水平止水601和603，缝内填充柔性材料沥青麻丝602，在确保止水的同时可以适应基座100和前置铺盖200的不均匀变形。
48.另外沥青心墙500和基座100之间结构面，预埋一道预埋铜片止水501，同时基座凹槽502内涂刷一层稀释沥青503和一层沥青玛蹄脂504。
49.其余按常规方法施工沥青心墙500和上下游过渡料、坝壳料等，最终完成沥青心墙坝坝体填筑。
50.下面结合附图，对发明的施工步骤进行详细说明：
51.第一步，如图1所示，先在上下游河床700上采用进占方式填出上游戗堤701和下游戗堤702，在上、下游戗堤间抛填一定级配的抛填砂砾料703，直至露出水面形成施工平台，即为无基坑法填筑成施工平台。
52.第二步，如图1、图2所示，在施工平台上对抛填料振冲形成建基面401，然后施工混凝土基座100，根据坝高的不同和覆盖层灌浆压力的不同，基座100厚1.5m～3.0m，大坝高度和覆盖层深度较大时取大值，反之取小值。
53.进一步地讲，是在施工平台上进行无填料振冲，填料密实后形成建基面401。
54.第二步，如图2、图3所示，在基座100上对抛填料703和覆盖层进行压密注浆201，压密注浆孔202可以预埋管或者钻孔形成，然后进行压密注浆201施工。
55.进一步地讲，前述压密注浆201是采用特制的高压泵将浆液注入钻孔内，在注浆管出口处形成一定体积的浆柱体，同时在浆柱体邻近区域形成压密区。
56.进一步地讲，前述压密注浆孔202孔径90mm～110mm。
57.进一步地讲，前述基座砂卵砾石覆盖层采用压密注浆加固后，桩间土相对密度达到0.75以上。
58.作为一种优选方案，前述压密注浆孔202布置间排距a、b为1.5m～2.5m，桩径0.6m～0.8m，成桩后桩身抗压强度10mpa～20mpa。具体实施时根据基座承载要求和现场试验最终确定注浆布置和参数。
59.进一步地讲，前述的压密注浆201浆液是采用水泥、砂、细石、硅微粉和水，经搅拌均匀后，形成的塌落度为20mm～70mm。
60.作为一种优选方案，前述压密注浆201采用单缸量大于15l/次的往复泵，以10s/次～20s/次的频率进行泵送施工。
61.作为一种优选方案，前述压密注浆201单位注浆量200l/m～500l/m，采用自下而上分段注浆方式。
62.进一步地讲，前述的压密注浆201的浆液，按重量计算的配合比采用水泥:砂:细
石:硅微粉:水＝100:150～300:50～300:10～30:40～70。
63.如图3所示，作为一种优选方案，前述注浆孔符号不同，代表注浆孔采用跳孔注浆方式，即先间隔一孔完成注浆，称为前序孔，再在前序孔之间进行加密，成为后序孔。
64.进一步地讲，如图9，因沥青心墙500较高而要求基座100较厚时，为减少注浆孔202长度，基座100可以分上下部浇筑，即先浇筑下部基座102，待完成压密注浆201后，再浇筑上部基座101。
65.第三步，如图2所示，施工前置铺盖200，同样，根据大坝高度的不同，前置铺盖200的厚度为1.0m～2.5m，其中前置铺盖200内压密注浆孔202和压密注浆201与基座100下部的做法一致。
66.如图2、图4所示，作为一种优选方案，基座100和前置铺盖200之间设置结构缝600，缝内设第一道止水601和第二道止水603，剩余缝内填充沥青麻丝602。
67.进一步地讲，第一道止水601采用铜片止水，第二道止水603可采用铜片止水，在坝高低于50m时也可采用橡胶止水。
68.如图2、图5所示，作为一种优选方案，基座100表面设置基座凹槽502，槽深h为0.25m，宽度根据沥青心墙500的需要设置，基座凹槽502内设有预埋铜片止水501。
69.第四步，如图2、图5、图6、图7所示，施工前置铺盖200下部覆盖层里的脉动灌浆防渗墙300，灌浆排数根据水头的不同设置2～4排，水头在50m以下设置2排，水头在50～70m设置3排，水头在70～90m设置4排。然后施工下部基岩里的防渗帷幕灌浆302。
70.进一步地讲，前述脉动灌浆是在较高脉动冲击压力条件下，将可根据时间、压力及外部环境而控制其变化的浆体灌入到基础孔隙中，综合充填、渗透、有限劈裂、挤密等复合灌浆机理，灌入浆体置换孔隙中的水或空气，使被灌介质形成一个完整的混合堵水幕体或固结体。
71.进一步地讲，脉动灌浆的防渗墙灌浆孔301孔径75mm～110mm。
72.如图5所示，灌浆孔排数为2排，脉动灌浆孔间距为1.0m～1.5m，排距为0.8m～1.0m。灌浆先实施上游排，再实施下游排。第一排灌浆压力为0.6mpa～3.5mpa，第二排灌浆压力0.7mpa-4.5mpa。形成的脉动灌浆防渗墙300有效厚度大于3.0m。
73.如图6所示，灌浆孔排数为3排，脉动灌浆孔间距为1.0m～2.0m，排距为0.8m～1.2m。灌浆先实施上游与下游两排，最后实施中间排。上、下游排灌浆压力为0.6mpa～3.5mpa；中间排灌浆压力0.75mpa-5.0mpa。形成的脉动灌浆防渗墙渗300有效厚度大于4.5m。
74.如图7所示，灌浆孔排数为4排，孔距为1.0m～2.5m，排距为0.8m～1.2m。灌浆先实施上游与下游两排，最后实施中间两排。上、下游排灌浆压力为0.6mpa～3.5mpa；中间排灌浆压力0.8mpa-5.0mpa。形成的脉动灌浆防渗墙渗300有效厚度大于6m。
75.进一步地讲，要求脉动灌浆防渗墙300渗透系数小于5
×
10-6
cm/s，弹性模量为200mpa～1000mpa。
76.第五步，如图2所示，施工沥青心墙500，首先在基座凹槽502上涂刷一层稀释沥青503，再设置一层沥青玛蹄脂504，沥青玛蹄脂504厚度0.15m，然后按常规方法施工沥青心墙500。
77.进一步地讲，沥青玛蹄脂504是由粗集料和沥青、砂粉料及纤维稳定剂组成的胶
泥，其中粗集料中大于2mm的颗粒占70％～80％。
78.前述工序完成后，采用无需挖除覆盖层、无传统基坑的沥青心墙基座结构及基础防渗体系施工完成。后续按常规方法施工沥青心墙和上下游过渡料、坝壳料，最终施工完成大坝，其施工方式为常规方式，不再详述。
79.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。