专利名称：混凝土坝的自反滤式防渗系统及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混凝土坝的防渗系统，尤其涉及一种用于混凝土坝的自反滤式防渗系统，还涉及该系统的施工方法。
背景技术：
混凝土面板堆石坝自愈型止水应用成功的关键在于混凝土防渗面板下面反滤层的存在。由于混凝土坝基岩自身不存在反滤层，按现行设计规范也无需设置反滤层，因此照搬混凝土面板堆石坝中淤填自愈型止水的经验在混凝土坝坝前设置类似的防渗体系难以行通。工程实践及室内试验表明，靠设在防渗体上游侧的砂石反滤层只能起减缓破坏的作用，而不能保证裂缝防渗自愈，这也说明混凝土坝坝前不能通过直接铺设传统的砂石滤层来达到降低渗漏量和削减作用在裂缝面上水压力的目的。·
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种混凝土坝坝前基岩和防渗帷幕在运行期开裂后自身能够维持稳定且能够保证防渗材料基本不流失、降低通过基岩和防渗帷幕贯穿性裂缝的渗漏量、大幅度削减作用在裂缝面上的水压力的混凝土坝的自反滤式防渗系统。本发明的技术解决方案是这种混凝土坝的自反滤式防渗系统，设置在混凝土坝前的基岩上，由下至上依次包括垫层、反滤层和防渗料层，其中垫层从下至上由堆石垫层和细砂垫层组成，反滤层为无纺布滤层，防渗料层是渗透系数小于10_4Cm/S的无粘性材料的防渗层，该系统铺设在坝前I. 5至2. O倍坝高范围内。还提供了该系统的施工方法，包括以下步骤( I)对混凝土坝前的基岩表面进行平整，然后依次铺设堆石垫层和细砂垫层，其中堆石垫层厚度大于等于300mm、最大颗粒粒径80mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于50%,细砂垫层厚度大于等于200_，铺设在垫层顶层；混凝土坝坝前垫层铺设在坝前I. 5至2. O倍坝高范围内；(2)在细砂垫层上铺设无纺布，无纺布沿顺河向铺设，无纺布之间采用四道缝接，搭接宽度大于等于60cm ；(3)铺设过程中，发现无纺布破坏处时，采用大于破坏处面积4 5倍的完整无纺布予以覆盖修复；(4)无纺布与混凝土坝基础混凝土一起浇筑，或者在自反滤式防渗系统铺设前，在坝踵部位与基岩交界处先浇筑宽30 50cm、厚200mm的聚合物砂浆条，在聚合物砂浆条初凝前将无纺布滤层插入，以保证无纺布与混凝土坝坝踵的连接；(5)在无纺布上填筑无粘性材料；(6)在无粘性材料防渗层上铺设一层厚度大于O. 5m的堆石保护层。渗透系数小于10_4Cm/S的无粘性材料的防渗层能够降低渗漏量、削减作用在裂缝面上的水压力；无纺布用作反滤层，保护防渗层在高压水作用下基本不流失；垫层主要用于基岩开裂后支撑无纺布滤层，避免无纺布反滤层集中受力。
图I示出了根据本发明的混凝土坝的自反滤式防渗系统的结构示意图；图2示出了根据本发明的无纺布反滤层与混凝土坝近坝踵部位固定细部示意图和无纺布曲线形褶皱示意图。
具体实施例方式如图I所示，这种混凝土坝的自反滤式防渗系统，设置在混凝土坝I前的基岩上，由下至上依次包括垫层、反滤层和防渗料层，其中垫层从下至上由堆石垫层2和细砂垫层3组成，反滤层为无纺布滤层4、5，防渗料层是渗透系数小于10_4Cm/S的无粘性材料的防渗层 6，该系统铺设在坝前I. 5至2. O倍坝高范围内。渗透系数小于10_4Cm/S的无粘性材料的防渗料层能够降低渗漏量、削减作用在裂缝面上的水压力；无纺布用作反滤层，保护防渗层在高压水作用下基本不流失；垫层主要用于基岩开裂后支撑无纺布反滤层，避免无纺布反滤层集中受力。优选地，当上游围堰与混凝土坝距离小时，则该系统铺设在从混凝土坝踵至上游围堰防渗墙处的范围内，无纺布与混凝土坝坝踵连接。优选地，防渗料层是粉煤灰或粉细砂。优选地,堆石垫层厚度大于等于300mm、最大颗粒粒径80mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于50%，细砂垫层厚度大于等于200mm。优选地，无纺布反滤层的等效孔径小于等于用于防渗层的无粘性材料的特征粒径，其规格大于等于600g/m2，抗拉强度大于等于19KN/m,断裂伸长率大于等于90%。优选地，如图2所示，无纺布反滤层3中每隔5m设置一曲线形褶皱，以适应坝前基础变形。图2中标号8是聚合物砂衆层,标号9是基岩面。优选地，防渗料层的厚度大于等于lm，其上还需设有厚度大于O. 5m的堆石保护层7。混凝土坝的自反滤式防渗系统的施工方法包括以下步骤( I)对混凝土坝前的基岩表面进行平整，然后依次铺设堆石垫层和细砂垫层，其中堆石垫层厚度大于等于300mm、最大颗粒粒径80mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于50%,细砂垫层厚度大于等于200_ ;混凝土坝坝前垫层铺在坝前I. 5至2. O倍坝高范围内；(2)在细砂垫层上铺设无纺布，无纺布沿顺河向铺设，无纺布之间采用四道缝接，搭接宽度大于等于60cm ；(3)铺设过程中，发现无纺布破坏处时，采用大于破坏处面积4 5倍的完整无纺布予以覆盖修复；(4)无纺布与混凝土坝基础混凝土一起浇筑，或者在自反滤式防渗系统铺设前，在坝踵部位与基岩交界处先浇筑宽30 50cm、厚200mm的聚合物砂浆条，在聚合物砂浆条初凝前将无纺布反滤层插入，以保证无纺布与混凝土坝坝踵的连接；( 5 )在无纺布上填筑无粘性材料；
(6)在无粘性材料防渗料层上铺设一层厚度大于O. 5m的堆石保护层。优选地，步骤(5)的无粘性材料是粉煤灰，其厚度大于lm，且铺筑过程中其相对密实度大于90%，采用机械碾压或人工夯实来压实。下面给出一个优选的施工方法，包括以下步骤(I)混凝土坝与上游围堰间的河床部分先清基，然后铺设一层厚30cm左右、最大颗粒粒径80mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于50%的堆石垫层，碾压后再铺设一层厚20cm的细砂垫层；(2)上游围堰下游坡铺设无纺布前也需先铺设一层厚20cm的细砂垫层；(3)用作防渗材料的粉煤灰品种不限，但尽可能选择质量稳定、渗透系数较小、特征粒径较大的粉煤灰，粉煤灰厚度不小于lm，粉煤灰铺筑过程中其相对密实度以不小于90%为宜，可采用机械碾压压实，也可采用人工夯实；
(4)无纺布等效孔径< I. 8粉煤灰的特征粒径，其规格不小于600g/m2，其中抗拉强度不小于19KN/m，断裂伸长率不小于90% ；(5)无纺布近坝踵部位作成波浪形，以适应坝踵处基岩或垫层运行期可能出现的变形，与柔性防渗体系下周界的波浪形土工膜一起用混凝土固定密封；(6)粉煤灰填筑完后,倾倒一些堆石作保护层,厚度以大于O. 5m为宜。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于设置在混凝土坝(I)前的基岩上，由下至上依次包括垫层、反滤层和防渗料层，其中垫层从下至上由堆石垫层(2)和细砂垫层(3)组成，反滤层为无纺布(4、5)反滤层，防渗料层(6)是渗透系数小于l(T4Cm/S的无粘性材料的防渗层，该系统铺设在坝前I. 5至2. O倍坝高范围内。
2.根据权利要求I所述的混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于当上游围堰与混凝土坝距离小时，则该系统铺设在从坝踵至上游围堰防渗墙处的范围内，无纺布与混凝土坝坝踵连接。
3.根据权利要求I所述的混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于防渗料层是粉煤灰或粉细砂的防渗层。
4.根据权利要求2所述的混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于堆石垫层厚大于等于300mm、最大颗粒粒径80mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于50%,细砂垫层厚度大于等于200mm,铺设在垫层顶层。
5.根据权利要求2所述的混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于无纺布反滤层的等效孔径小于等于用于防渗料层的无粘性材料的特征粒径，其规格大于等于600g/m2，抗拉强度大于等于19KN/m，断裂伸长率大于等于90%。
6.根据权利要求I所述的混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于无纺布反滤层中每隔5m设置一曲线形褶皱。
7.根据权利要求1-6的任一项所述的混凝土坝的自反滤式防渗系统，其特征在于 防渗料层的厚度大于等于lm，其上还需设有厚度大于O. 5m的堆石保护层(7)。
8.混凝土坝的自反滤式防渗系统的施工方法，其特征在于包括以下步骤 (1)对混凝土坝前的基岩表面进行平整，然后依次铺设堆石垫层和细砂垫层，其中堆石垫层厚度大于等于300mm、最大颗粒粒径80mm、粒径大于40mm的颗粒含量大于50%,细砂垫层厚度大于等于200mm，铺设在垫层顶层；；混凝土坝坝前垫层铺设在坝前I. 5至2. O倍坝闻范围内； (2)在细砂垫层上铺设无纺布，无纺布沿顺河向铺设，无纺布之间采用四道缝接，搭接宽度大于等于60cm ； (3)铺设过程中，发现无纺布破坏处时，采用大于破坏处面积4 5倍的完整无纺布予以覆盖修复； (4)无纺布与混凝土坝基础混凝土一起浇筑，或者在自反滤式防渗系统铺设前，在坝踵部位与基岩交界处先浇筑宽30 50cm、厚200mm的聚合物砂浆条，在聚合物砂浆条初凝前将无纺布滤层插入，以保证无纺布与混凝土坝坝踵的连接； (5)在无纺布上填筑无粘性材料； (6)在无粘性材料防渗层上铺设一层厚度大于O.5m的堆石保护层。
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于步骤(5)的无粘性材料是粉煤灰，其厚度大于lm，且铺筑过程中其相对密实度大于90%，采用机械碾压或人工夯实来压实。
全文摘要
公开了一种混凝土坝坝前基岩和防渗帷幕在运行期开裂后自身能够维持稳定且能够保证防渗材料基本不流失、降低通过基岩和防渗帷幕贯穿性裂缝的渗漏量、大幅度削减作用在裂缝面上的水压力的混凝土坝自反滤式防渗系统，还提供了该系统的施工方法。自反滤防渗系统设置在混凝土坝面和坝前的基岩上，由下至上依次包括垫层、反滤层和防渗料层，其中垫层从下至上由堆石垫层和细砂垫层组成，反滤层为无纺布反滤层，防渗料层是渗透系数小于10-4cm/s的无粘性材料，该系统铺设在从混凝土坝踵至混凝土坝坝前1.5至2.0倍坝高处的范围内。
文档编号E02B3/16GK102839636SQ20121032734
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者贾金生, 冯炜, 杨会臣, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:中国水利水电科学研究院