专利名称：拱坝的防渗结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及拱坝，具体涉及拱坝的防渗结构以及拱坝防渗结构的施工方法。
背景技术：
现有的拱坝的防渗体系主要由坝体防渗和坝基防渗帷幕所组成。坝体防渗主要依靠坝体混凝土自身的抗渗性能。但对于坝体本身防渗能力不足的 浆砌石拱坝、碾压混凝土拱坝等，通过在上游坝面上敷设一定厚度的常态混凝土或改性混 凝土，能够增强抗渗性能，从而达到防渗目的。防渗帷幕是在基岩中建造的一道连续的、完整的、渗透性低的、平面上呈条带状、 立面上形似幕墙的帷幕防渗结构。“混凝土拱坝设计规范”(中华人民共和国电力行业标准 DL/T5346-2006)第11. 4. 2节规定“防渗帷幕线的位置应根据坝基应力情况，布置在压应 力区，并靠近上游坝面。”由于坝基的压应力区必然位于拱坝坝基范围以内，因此，上述规定 无疑是将防渗帷幕的设置位置限制在了拱坝的坝踵与坝趾之间(参见本说明书附图5所 示)°上述规定的依据在于，拱坝坝踵处常常因为高拉应力导致开裂，为避免坝踵开裂 而引起防渗帷幕失效，就需要将防渗帷幕布置在拱坝坝基的压应力区以避开坝踵上容易开 裂位置。目前，在设计拱坝的防渗帷幕时，将防渗帷幕布置在拱坝坝基的压应力区已成为本 领域技术人员的思维定式。授权公告号为CN2672161Y的实用新型专利公开了一种具有独立坝踵块结构的混 凝土坝。该拱坝通过设置在坝踵处的横向结构缝和竖向结构缝使坝踵的应力状况从拉应力 改善为压应力，以便将防渗帷幕设置在坝踵的下方。实际上，该方案依然没有克服必须将防 渗帷幕布置在拱坝坝基压应力区的思维定式。公开号为CN101736719A的发明专利还公开 了一种坝体防渗帷幕的施工方法。
发明内容
本发明所解决的第一个技术问题是提供一种能够避免因拱坝坝踵开裂而引起防 渗失效的拱坝的防渗结构；本发明所解决的第二个技术问题是提供一种用于建造该拱坝防 渗结构的施工方法。本发明解决技术问题一所采用的技术方案是拱坝的防渗结构，包括设置在基岩中并靠近上游坝面的防渗帷幕，该防渗帷幕位 于坝踵的外侧，其顶部与设置在建基面上的防渗帽连接；该防渗帽与拱坝坝体之间设有结 构缝，该结构缝处设置有止水设施。进一步的是，所述上游坝面的表面设置有坝面防渗设施，该坝面防渗设施从上至 下延伸至靠近坝踵后与所述防渗帽相连。进一步的是，所述结构缝内设置有塑性嵌缝密封材料。上述的“防渗帽”实际上就是一个普通的水工防渗设施，可以由钢筋混凝土浇注，其目的是与防渗帷幕和止水设施共同构成坝基防渗体系。由于防渗帽位于防渗帷幕的上 方，类似于一个帽状结构，故取名为“防渗帽”。本领域技术人员根据说明书及其附图完全能 够理解该“防渗帽”的确切含义。所述的“止水设施”、“坝面防渗设施”以及“塑性嵌缝密封 材料”的术语在本领域均有确切含义。“坝面防渗设施”可以是防渗面板、防渗膜等。本发明的关键之处在于，将防渗帷幕移到了坝踵的外侧(即坝踵以外的上游侧)， 并将防渗帷幕与防渗帽、止水设施共同构成坝基防渗体系。因此，本发明突破了必须将防渗 帷幕布置在拱坝坝基压应力区的惯常思维。由于将防渗帷幕移到坝踵的外侧后必然涉及到 防渗帷幕与坝体防渗之间的衔接问题，因此本发明还连带提出了在建基面上设防渗帽，并 在防渗帽与拱坝坝体之间设结构缝，以及在该结构缝处设止水设施的技术手段，在建立坝 基防渗体系的同时将防渗帷幕与拱坝坝体分离，减小拱坝坝体对防渗帷幕的影响。本发明由于将防渗帷幕布置在坝踵以外的上游侧，因此避免了复杂受力条件下坝 基岩体开裂导致的防渗帷幕破坏失效问题，同时也避免了拱坝坝体与坝基岩体结合面的开 裂导致的防渗体系结合部位破坏失效问题；避免了坝基拉应力拉断防渗帷幕以后库水不断 侵蚀破坏防渗帷幕，导致基础渗压加大和渗漏量增加的问题；避免了防渗体系破坏恶化坝 肩抗滑稳定条件的问题；以及避免了防渗体系破坏影响拱坝整体安全的问题。此外，由于防 渗帷幕前移到拱坝以外，改变了渗压作用，降低了扬压力的不利影响，有利于结构安全。本发明解决技术问题二所采用的技术方案是拱坝防渗结构的施工方法，包括以下步骤a、在进行拱坝坝基开挖时，在设计好的拱坝的坝踵外侧扩挖建基面；b、在扩挖出的建基面上进行防渗帽的施工，并在防渗帽与设计好的拱坝坝体之间 的结构缝处预埋止水设施；C、进行防渗帷幕灌浆施工；d、进行拱坝坝体的施工。进一步的是，该方法还包括以下步骤e、在拱坝坝体的上游坝面上设置坝面防渗设施，将该坝面防渗设施的底部埋入防 渗帽中，从而形成由防渗帷幕、防渗帽和坝面防渗设施组成的整体防渗体系。进一步的是，实施步骤d时，在防渗帽与拱坝坝体之间的结构缝内填充塑性嵌缝 密封材料。通过上述的施工方法，可以建造出本发明的拱坝的防渗结构。该方法使坝基防渗 帷幕的施工与坝体施工分离，可减小施工干扰和相互制约问题，为防渗帷幕灌浆提供足够 的施工周期，便于工程质量控制，改善施工作业条件；坝基一般需进行固结灌浆处理，灌浆 帷幕又可同时作为固结灌浆的上游控制区。本发明的有益效果是一、由于将防渗帷幕布置在坝踵以外的上游侧，因此避免了复杂受力条件下坝基 岩体开裂导致的防渗帷幕破坏失效问题，同时也避免了拱坝坝体与坝基岩体结合面的开裂 导致的防渗体系结合部位破坏失效问题；避免了坝基拉应力拉断防渗帷幕以后库水不断侵 蚀破坏防渗帷幕，导致基础渗压加大和渗漏量增加的问题；避免了防渗体系破坏恶化坝肩 抗滑稳定条件的问题；以及避免了防渗体系破坏影响拱坝整体安全的问题。此外，由于防渗 帷幕前移到拱坝以外，改变了渗压作用，降低了扬压力的不利影响，有利于结构安全。
二、该方法使坝基防渗帷幕的施工与坝体施工分离，可减小施工干扰和相互制约 问题，为防渗帷幕灌浆提供足够的施工周期，便于工程质量控制，改善施工作业条件；坝基 一般需进行固结灌浆处理，灌浆帷幕又可同时作为固结灌浆的上游控制区。
图1是将本发明用于常态混凝土拱坝的横截面示意图。图2是图1中A处的局部放大图。图3是将本发明用于浆砌石拱坝、碾压混凝土土拱坝等需设置坝面防渗设施的拱 坝工程横截面示意图。图4是图3中B处的局部放大图。图5为现有拱坝防渗结构的示意图。图中标记为坝体1、防渗帷幕2、防渗帽3、坝面防渗设施4、止水设施5、塑性嵌缝 密封材料6、结构缝7、基岩8、建基面9、上游坝面10、坝踵11。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例1如图1 2所示的用于常态混凝土拱坝的防渗结构，其坝基防渗体系包括设置在 基岩8中并靠近上游坝面10的防渗帷幕2，该防渗帷幕2位于坝踵11的外侧，其顶部与设 置在建基面9上的防渗帽3连接；该防渗帽3与拱坝坝体1之间设有结构缝7，该结构缝7 处设置有止水设施5。该防渗结构的坝体防渗则依靠坝体混凝土自身的抗渗性能。此外，在 所述结构缝7内还设置有塑性嵌缝密封材料6。该防渗结构采用如下施工方法在进行拱坝坝基开挖时，在设计拱坝建基面9的 上游侧根据防渗帷幕2的排数扩挖2 4m，然后在扩挖范围进行钢筋混凝土防渗帽3的施 工，并预埋防渗帽与拱坝坝体1之间的止水设施5 ；防渗帽3施工完成，即进行防渗帷幕2灌 浆施工；拱坝施工时，在坝体1与防渗帽3之间的结构缝7内设塑性嵌缝密封材料6，以适 应拱坝1与防渗帽3之间的变形不协调问题。实施例2如图3 4所示的用于浆砌石拱坝、碾压混凝土拱坝的防渗结构，其坝基防渗体系 包括设置在基岩8中并靠近上游坝面10的防渗帷幕2，该防渗帷幕2位于坝踵11的外侧， 其顶部与设置在建基面9上的防渗帽3连接；该防渗帽3与拱坝坝体1之间设有结构缝7， 该结构缝7处设置有止水设施5。该防渗结构的坝体防渗则依靠上游坝面10的表面设置的 坝面防渗设施4，该坝面防渗设施4从上至下延伸至靠近坝踵11后与所述防渗帽3相连。 “坝面防渗设施”可以是防渗面板、防渗膜等。此外，在所述结构缝7内还设置有塑性嵌缝密 封材料6。该防渗结构采用如下施工方法在进行拱坝坝基开挖时，在设计拱坝建基面9的 上游侧根据防渗帷幕2的排数扩挖2 4m，然后在扩挖范围进行钢筋混凝土防渗帽3的施 工，并预埋防渗帽与拱坝坝体1之间的止水设施5 ；防渗帽3施工完成，即进行防渗帷幕2灌 浆施工；拱坝施工时，在坝体1与防渗帽3之间的结构缝7内设塑性嵌缝密封材料6，以适应拱坝1与防渗帽3之间的变形不协调问题；然后在拱坝1的上游坝面10上设置坝面防渗 设施4，坝面防渗设施4的底部埋入防渗帽3的混凝土中，即形成了由防渗帷幕2、防渗帽3 以及坝面防渗设置4组成的整体防渗体系。
权利要求
拱坝的防渗结构，包括设置在基岩(8)中并靠近上游坝面(10)的防渗帷幕(2)，其特征在于该防渗帷幕(2)位于坝踵(11)的外侧，其顶部与设置在建基面(9)上的防渗帽(3)连接；该防渗帽(3)与拱坝坝体(1)之间设有结构缝(7)，该结构缝(7)处设置有止水设施(5)。
2.如权利要求1所述的拱坝的防渗结构，其特征在于所述上游坝面(10)的表面设置 有坝面防渗设施(4)，该坝面防渗设施(4)从上至下延伸至靠近坝踵(11)后与所述防渗帽 ⑶相连。
3.如权利要求1或2所述的拱坝的防渗结构，其特征在于所述结构缝(7)内设置有 塑性嵌缝密封材料(6)。
4.权利要求1所述的拱坝防渗结构的施工方法，包括以下步骤a、在进行拱坝坝基开挖时，在设计好的拱坝的坝踵(11)外侧扩挖建基面(9)；b、在扩挖出的建基面(9)上进行防渗帽(3)的施工，并在防渗帽(3)与设计好的拱坝 坝体(1)之间的结构缝(7)处预埋止水设施(5)；c、进行防渗帷幕(2)灌浆施工；d、进行拱坝坝体(1)的施工。
5.如权利要求4所述的拱坝防渗结构的施工方法，其特征在于该方法还包括以下步骤e、在拱坝坝体(1)的上游坝面(10)上设置坝面防渗设施(4)，将该坝面防渗设施(4) 的底部埋入防渗帽(3)中，从而形成由防渗帷幕(2)、防渗帽(3)、止水设施(5)和坝面防渗 设施(4)组成的整体防渗体系。
6.如权利要求4或5所述的拱坝防渗结构的施工方法，其特征在于实施步骤d时，在 防渗帽(3)与拱坝坝体(1)之间的结构缝(7)内填充塑性嵌缝密封材料(6)。
全文摘要
本发明公开了一种能够避免因拱坝坝踵开裂而引起防渗失效的拱坝的防渗结构以及用于建造该拱坝防渗结构的施工方法。该防渗结构包括设置在基岩中并靠近上游坝面的防渗帷幕，该防渗帷幕位于坝踵的外侧，其顶部与设置在建基面上的防渗帽连接；该防渗帽与拱坝坝体之间设有结构缝，该结构缝处设置有止水设施。本发明突破了必须将防渗帷幕布置在拱坝坝基压应力区的惯常思维。由于将防渗帷幕布置在坝踵以外的上游侧，因此避免了复杂受力条件下坝基岩体开裂导致的防渗帷幕破坏失效问题，同时也避免了拱坝坝体与坝基岩体结合面的开裂导致的防渗体系结合部位破坏失效问题。
文档编号E02B3/16GK101942820SQ20101050144
公开日2011年1月12日 申请日期2010年10月9日 优先权日2010年10月9日
发明者余挺, 叶发明, 周钟, 张敬, 王仁坤, 胡云明 申请人:中国水电顾问集团成都勘测设计研究院