一种具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝及其施工方法与流程

本发明涉及混凝土面板堆石坝，更详细地说，涉及一种具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝及其施工方法。

背景技术：

中国自1985年开始用现代技术修建混凝土面板堆石坝(以下简称面板坝)建成以来，已经走过近34年发展历程。在已建成高30m以上的220多座各类面板坝中，坝高100m级的有74座，坝高150m级16座，并陆续建成了天生桥一级(178m)，洪家渡(179.5m)、三板溪(185.5m)、猴子岩(223.5m)和水布垭(233m)等一批200m级高坝，积累了丰富的科研、设计、施工、运行管理及监测等现代技术经验，尽管起步较晚，但起点高，发展速度快，为向更高更广的方向迈进奠定了坚实的基础。

为了保护生态环境，减少一次能源对大气环境的污染，充分利用再生与清洁能源，大力发展水电产业，而水电大坝是必须修建的主要水工建筑物。而混凝土面板堆石坝是充分利用当地材料坝，既经济又快速，特别适合于偏远山区，尤其是中国的西部地区。

在现有专利技术中，例如发明专利申请号201320837742.0公开了一种混凝土面板堆石坝的面板结构，包括设置在石坝体坡面的面板单元，面板单元和石坝体坡面之间从外至内依次铺设有垫层区和过渡层区，面板单元和坝体堆石之间设置有支承墩，面板单元与支承墩的接触面之间设置有橡胶支座，所述相邻的两个面板单元之间设置有止水装置。该发明通过橡胶支座传力以及支承墩受力的方式，有效的减轻了坝体不均匀应力变形对面板开裂破坏的影响；混凝土面板底面黏贴了碳纤维布，使面板的强度得到很大改善，同时减小了面板的渗性；止水设施止水效果良好；钢筋混凝土面板采用预制，可以有效的加快工程进度，该发明主要通过设置止水装置及在混凝土面板底面黏贴了碳纤维布减小面板的渗水性，实际止水效果并不显著。

又例如，发明专利申请号201510817066.4公开了一种基座混凝土面板堆石坝的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：a.基座浇筑：清除坝基覆盖层，将坝基开挖至承载力满足要求的深度，在开挖区域内制安钢筋，在基座防渗区8下预设防渗帷幕12，预留基座灌浆廊道11，跳快浇筑基座混凝土，同时采取温度控制措施，防止出现裂缝；基座承载区7的浇筑则根据材料特性确定舱面大小，并在浇筑时采取温度控制措施；b.基座防渗处理：对基座防渗区8与基座承载区7交界面进行防渗处理，在基座防渗区8设基座防渗区横缝10，基座防渗区横缝10的位置与面板垂直缝14的位置相对应；c.基座连接面处理：在基座1顶部填筑过渡料，形成过渡区b6，过渡区b6的填筑材料及各项指标与过渡区a5相同；d.面板堆石坝填筑：依次填筑面板堆石坝2、过渡区a5、垫层区4、面板3，在面板3上设置面板垂直缝14，与基座防渗区横缝10位置一一对应，完成施工。该施工方法仍然没有能够全面彻底解决混凝土面板堆石坝的渗水难题。

技术实现要素：

本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝包括：坝基，设置在坝基上的坝体，坝体包括盖重区，上游铺盖区，细料垫层区，混凝土面板层，垫料层区，土工织物反滤保护层，过渡料层区，主堆石区，防渗心墙，次堆石区，钢筋支架，滤水坝趾区，护坡块石区，l形支撑板，防渗帷幕，防浪墙，混凝土面板横缝，混凝土面板竖缝，横缝橡胶止水带，竖缝橡胶止水带，防渗心墙排水槽，排水槽反滤层，下游护坡层；其中，坝体设置在坝基上，坝体上设置主堆石区，主堆石区由里向外依次设置过渡料层区、土工织物反滤保护层、垫料层区、混凝土面板层，混凝土面板层下部覆盖在细料垫层区上；上游铺盖区与盖重区由内向外覆盖于混凝土面板层下部；l形支撑板水平镶嵌在混凝土面板层与主堆石区之间；主堆石区底部竖向设置若干钢筋支架；防渗心墙设置在主堆石区与次堆石区之间；次堆石区与下游护坡层之间堆砌护坡块石区，滤水坝趾区构筑在次堆石区与下游护坡层底部；坝体的顶部浇筑防渗沥青层，防渗沥青层上构筑防浪墙；混凝土面板层表面凹设有混凝土面板横缝和混凝土面板竖缝，混凝土面板横缝和混凝土面板竖缝分别填充橡胶止水条。

进一步的，水平设置在在混凝土面板与主堆石区之间的l形支撑板，板端朝向下游，深入到主堆石区内部，另一端为大头朝向上游支撑混凝土面板。

进一步的，混凝土面板层与l形支撑板之间设置铜止水片。

进一步的，防渗帷幕外形呈锯齿状并牢固地固定在坝基下面的岩土层或混岩区上,以减小来自坝体外的水渗透到坝体内。

进一步的，防渗心墙下游设置排水槽，排水槽上端与主堆石区、次堆石区平齐，下端穿过次堆石坝区，位于坝基下的混岩区内，排水槽将渗透到次堆石区的水排出坝体外。

进一步的，排水槽的外侧设置排水槽反滤层。

进一步的，滤水坝趾区包括堆石区和设置在堆石区外沿的反滤层，堆石区内设置排水沟，将渗透到次堆石区的渗透水通过排水沟排出坝体外。

进一步的，垫料层区内部设置vwd型振弦式位移计，vwd型振弦式位移计由万向连轴节、不锈钢护管、二级机械负放大机构、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈组成。

进一步的，坝体的坡面的坡比为1:0.2-1:0.5.

本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝：

本发明设置的坝基用于支撑整个坝体，确保坝体的稳固性。

本发明设置在坝体上游的上游铺盖区，覆盖在混凝土面板下部及周边缝上，起到辅助防渗作用。

本发明在上游铺盖区上构筑盖重区，以防止上游铺盖区的防渗土料流失而失稳。

本发明设置的细料垫层区对上游铺盖区的水库泥沙起到反滤作用。

本发明设置的垫料层区为混凝土面板层提供平整、密实的基础,将混凝土面板层承受的水压力均匀传递至主堆石区。

本发明设置的过渡料层区阻断垫料层区的材料免被冲刷到主堆石区内。

本发明设置的主堆石区起到维持坝体整体的稳固性、安全性。

本发明设置的次堆石区起到保护主堆石区及下游护坡层的稳定作用。

本发明设置的防渗心墙能够将渗到次堆石区内的水分排出坝体之外，同时对坝体起到支撑作用。

本发明设置的l形支撑板支撑混凝土面板承担的荷载，进一步降低混凝土面板层的变形，减小发生破坏的概率。

本发明设置在主堆石区内的若干钢筋支架，起到进一步加强主堆石区内部的稳固性。

本发明设置的防渗帷幕能够阻断地基的渗透水。

本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝施工方法包括以下步骤：

步骤1，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层，清理坝肩和基坑，使用挖土机开挖河床基坑部分，移出坝肩的覆盖层、基坑的软质土层，将开挖出的土石方移至渣土场，筛选土石方中的石料备用。

步骤2，在基坑内布置钢筋，浇筑混凝土形成上游铺盖区；在基坑内浇筑富浆胶凝砂砾石混凝土形成支撑坝体的坝基，在坝基与上游铺盖区之间设置防渗层结构，并进行防渗处理。

步骤3，在坝基上施工设置在垫料层区底部的细料垫层区，细料垫层区采用c10混凝土回填，细料垫层区采用最大粒径不超过40mm的粉煤灰、粉细砂。

步骤4，在坝基上浇筑主堆石区，主堆石区由多层碾压混凝土重复浇筑碾压形成，主堆石区采用的硬岩堆石料粒径小于5mm的颗粒含量为20％以下，粒径小于0.075mm颗粒含量为5％以下。

步骤5，主堆石区施工完成后，在主堆石区右侧施工次堆石区，次堆石区采用硬岩堆石料粒径小于5mm的颗粒含量为10％以下，粒径小于0.075mm颗粒含量为2.5％以下。

步骤6，在主堆石区与次堆石区中部施做防渗心墙，防渗心墙下端贯穿坝基固设在混岩区上，防渗心墙上端与防浪墙基层抵接，防渗心墙的下游侧施做排水槽，排水槽上端与主堆石、次堆石区平齐，排水槽底部贯穿坝基设置在坝基下的混岩区上，排水槽外侧施做排水槽反滤层，排水槽反滤层包覆在排水槽外侧。

步骤7，在坝体下游侧堆砌滤水坝趾区及护坡块石区，先施做滤水坝趾区的堆石区，再在堆石区边缘施做反滤层，护坡块石区由若干块石堆砌而成，完成次堆石区、滤水坝趾区及护坡块石区施工后，接着施做下游护坡层。

步骤8，在主堆石区左侧依次施做过渡料层区、土工织物反滤保护层、垫料层区。

步骤9，在过渡料层区、土工织物反滤保护层、垫料层区施工完成后，施做混凝土面板层，混凝土面板层覆盖于垫料层区之上并支撑在细料垫层区上。

步骤10，在混凝土面板层上施做混凝土面板横缝和混凝土面板竖缝。

步骤11，施做l形支撑板，根据坝体高度，l形支撑板沿混凝土面板层表面平行设置一道或多道，l形支撑板的板端朝向下游，深入到主堆石区内部，另一端朝向坝体上游，支撑混凝土面板层。

步骤12，施工坝体顶部的防浪墙基层，防浪墙基层上施做防浪墙。

步骤13，在混凝土面板层下部外侧施工上游铺盖区和盖重区。

步骤14，在细料垫层区下部施做防渗帷幕，防渗帷幕穿过坝基设置在坝基下的混岩区上。

进一步的，步骤4所述主堆石区内部架设钢筋支架。

进一步的，步骤6所述排水槽连通储水池。

进一步的，步骤8所述过渡料层区采用连续级配细料石，细料石的粒径为85～100mm；所述土工织物反滤保护层为复合土工膜，复合土工膜由防渗膜和土工布复合而成,防渗膜采用热焊接的聚乙烯(即pe)膜，膜厚0.5毫米,土工布采用纯新涤纶针刺无纺布，每平方米重量不小于200克；所述垫料层区采用连续级配细料石，细料石的粒径为115～130mm。

进一步的，步骤7所述块石之间采用水泥勾缝处理。

进一步的，所述混凝土面板横缝和所述混凝土面板竖缝的深度为混凝土面板层厚度的五分之一至四分之一，所述混凝土面板横缝和所述混凝土面板竖缝的宽度为3至6mm，所述混凝土面板横缝间及所述混凝土面板竖缝间分别填充橡胶止水带。

进一步的，步骤114所述防渗帷幕外部形状制作成锯齿形或凹凸形。

本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝的有益效果：

1，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在混凝土面板层上设置l型支撑板，使得混凝土面板层与主堆石区牢固结合，显著增强了坝体的稳定性。

2，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在设置细料垫层区，对上游铺盖区的水库泥沙起反滤作用。

3，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过设置防渗帷幕，起到切断坝体以下的地基的透水层，解决地基土的渗变形问题，另外，防渗帷幕外形呈锯齿形，使得防渗帷幕更牢固地与地基结合，有利于提高细料垫层区的稳定性。

4，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在坝体内的混凝土面板设置横缝与竖缝，并在设置的横缝与竖缝间填充橡胶止水带，避免混凝土面板层在炎热的夏季高温环境下和严寒季节的低温环境下发生的热胀冷缩的变形，提高了混凝土面板层的防渗能力，延长了混凝土面板层的使用寿命。

5，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在主堆石区内填充胶凝剂，提高了主堆石区粘结强度，增强了主堆石区防渗水能力，以及抗震能力。

6，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在主堆石区内设置多排钢筋支架，增强了主堆石区支撑坝体的能力。

7，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过设置防渗心墙，防渗心墙嵌入坝基下的混岩层或相对不透水地层中的一定深度，既能够截断或减少地基中的渗水流，又能够保证坝基的防渗稳定性和坝体的安全性。

8，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在防渗心墙下游设置排水槽，能够将坝体上游渗漏的水通过排水槽排出坝体外部，更进一步提高了坝体的稳定性。

9，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，在国内外首创性的将土工织物层设置在垫料层和过渡料层之间，通过与本发明的其它防渗结构相配合，能够进一步阻止垫料层的细颗粒料被渗途水逐渐带向下游过渡料层区和主堆石区，造成垫料层塌陷，进而引发混凝土面板坍塌的险象发生，从而彻底解决了国内外没有彻底解决混凝土面板堆石坝防渗透安全的技术难题。

10，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝，通过在中国国内某大型水坝实际使用，仅在垫料层区与过渡料层区中增设土工织物反滤保护层这项新结构，经实际检测，水坝的水渗透率减低17％。

11，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝施工方法，优化了施工工序，施工工序穿插进行，节省施工工期，尤其适用于300米以上特高大型混凝土堆石坝防渗施工。

12，实施本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝及其施工方法，彻底解决了当今大坝、水库的水渗透难题，水坝、水库的水渗透率能够进一步减低95％.

附图说明

图1为本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝结构示意图；

图2为图1中a向的局部结构放大示意图。

图中附图标记如下：

1-上游铺盖区，2-盖重区，3-垫料层区，4-细料垫层区，5-过渡料层区，6-主堆石区，7-次堆石区，8-下游护坡层，9-钢筋支架，10-滤水坝趾区，11-混凝土面板层，12-土工织物反滤保护层；13-护坡块石区，14-l形支撑板，15-防渗帷幕，16-防浪墙，17-防渗心墙，18-混凝土面板横缝，19-混凝土面板竖缝，20-横缝橡胶止水带，21-竖缝橡胶止水带，22-排水槽，23-排水槽反滤层，24-坝体，25-坝基，26-防浪墙基层，27-储水池。

具体实施方式

下面结合说明书附图1至2详细描述本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝及其施工方法的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝包括：上游铺盖区1、盖重区2，垫料层区3，细料垫层区4，过渡料层区5，主堆石区6，次堆石区7，下游护坡层8，钢筋支架9，滤水坝趾区10，混凝土面板层11，土工织物反滤保护层12，护坡块石区13，l形支撑板14，防渗帷幕15，防浪墙16，防渗心墙17，混凝土面板横缝18，混凝土面板竖缝19，横缝橡胶止水带20，竖缝橡胶止水带21，排水槽22，排水槽反滤层23，坝体24，坝基25，防浪墙基层26，蓄水池27，其中：坝体24设置在坝基25上，坝体24上设置主堆石区6，主堆石区6向上游方向依次设置过渡料层区5、土工织物反滤保护层12、垫料层区3、混凝土面板层11，混凝土面板层11下部支撑在细料垫层区4上，上游铺盖区1与盖重区2覆盖于混凝土面板层11下部外侧，主堆石区6下游设置次堆石区7，防渗心墙17设置在主堆石区6与次堆石区7之间，次堆石区7与下游护坡层8之间堆砌护坡块石区13，滤水坝趾区10构筑在次堆石区7与下游护坡层8的内侧底部，坝体24顶部浇筑防浪墙基层26，防浪墙基层26上构筑防浪墙16，l形支撑板14水平设置在混凝土面板层11与主堆石区6之间，排水槽22设置在防浪墙16外侧的次堆石区内7。

进一步的，l形支撑板14的板端朝向下游，深入到主堆石区6内部，另一端为大头端凸出于混凝土面板层11表面。

进一步的，混凝土面板层11与主堆石区6之间设置多个l形支撑板14。

进一步的，l形支撑板14与混凝土面板层11表面之间设置止水橡胶层(图中未示)。

进一步的，防渗帷幕15外部形状呈锯齿状或凹凸状。

进一步的，防渗心墙17上设置排水槽22，排水槽22的外侧设置排水槽反滤层23，排水槽22上端与主堆石区6、次堆石区7相平齐，下端穿过坝基25固定在混岩区上。

进一步的，滤水坝趾区10包括堆石区101和包覆堆石区101的反滤层102。

进一步的，垫料层区3内部设置vwd型振弦式位移计，vwd型振弦式位移计由万向连轴节、不锈钢护管、二级机械负放大机构、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈构成。

进一步的，坝体24的坡面的坡比为1:0.2-1:0.5.

本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝：

本发明设置的坝基25用于支撑整个坝体24,提高整个坝体24的稳固性。

本发明设置的混凝土面板层11的边缘与细料垫层区13以及防浪墙基层26贴合，构成本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝的主要防渗结构件。

本发明设置的细料垫层区4对来自上游铺盖区1的水库泥沙起到反滤作用，阻止水库泥沙流向主堆石区6。

本发明设置的垫料层区3的主要用于为混凝土面板层11提供平整、密实的基础,将混凝土面板层11承受的水压力均匀传递给主堆石区6，进一步加强使主堆石区6的稳固性。

本发明设置在垫料层区3与过渡料层区5的土工织物反滤保护层12，对来自坝体24上游的渗透水起到至关重要的阻隔作用。

本发明设置的过渡料层区5能够阻断垫料层区3的材料不会被冲刷到主堆石区6及次堆石区7。

本发明设置的主堆石区6维持坝体24整体的稳定性。

本发明设置的次堆石区7起到保护主堆石区6及下游护坡层8的稳定作用。

本发明设置的防渗心墙17对坝体24进一步起到防渗和支撑作用。

本发明设置的l形支撑板14加强混凝土面板层11支撑强度，进一步降低混凝土面板层11的变形，显著减低混凝土面板层11被损坏的情况。

本发明设置的防渗帷幕15能够阻断渗透到坝基25的渗透泥砂及渗透水。

本发明设置的若干钢筋支架9支撑主堆石区6内填筑的石材，进一步加强主堆石区6的稳固性。

本发明设置的排水槽22，能够将来自主堆石区6及次堆石区7的渗透水排放到坝体24外的储水池27内，再通过将储水池27内的渗透水排放到坝区外，显著降低渗透水对坝区的危害。

本发明所述具有多重防渗结构的混凝土面板堆石坝施工方法包括以下步骤：

步骤1，清除河床冲积层至设计高程，清除坝轴线两岸坡积层，清理坝肩和基坑，使用挖土机开挖河床基坑部分，移出坝肩的覆盖层、基坑的软质土层，将开挖出的土石方移至渣土场，筛选土石方中的石料备用。

步骤2，在基坑内布置钢筋，浇筑混凝土形成上游铺盖区；在基坑内浇筑富浆胶凝砂砾石混凝土形成支撑坝体24的坝基25，并在坝基25与上游铺盖区之间设置防渗层结构，进行防渗处理。

步骤3，在坝基25上施工设置在垫料层区3底部的细料垫层区4，细料垫层区4采用c10混凝土回填，细料垫层区4采用最大粒径不超过40mm的粉煤灰、粉细砂。

步骤4，在坝基25上浇筑主堆石区6，主堆石区6由多层碾压混凝土重复浇筑碾压形成，主堆石区6采用的硬岩堆石料粒径小于5mm的颗粒含量为20％以下，粒径小于0.075mm颗粒含量为5％以下。

步骤5，主堆石区6施工完成后，在主堆石区6右侧施工次堆石区7，次堆石区7采用硬岩堆石料粒径小于5mm的颗粒含量为20％以下，粒径小于0.075mm颗粒含量为5％以下。

步骤6，在主堆石区6与次堆石区7中部施做防渗心墙17，防渗心墙17下端贯穿坝基25固设在混岩区上，防渗心墙17上端与防浪墙基层26抵接，防渗心墙17下游侧施做排水槽22，排水槽22上端与主堆石区6、次堆石区7平齐，排水槽22底部贯穿坝基25设置在坝基25下的混岩区上，排水槽22外侧施做排水槽反滤层23，排水槽反滤层23包覆在排水槽22外侧。

步骤7，在坝体24下游侧堆砌滤水坝趾区10及护坡块石区13，先施做滤水坝趾区10的堆石区101，再在堆石区101边缘施做反滤层102，护坡块石区13由若干块石堆砌而成，完成次堆石区7、滤水坝趾区10、护坡块石区13施工后，施做下游护坡层8。

步骤8，在主堆石区6左侧依次施工过渡料层区5、土工织物反滤保护层12、垫料层区3。

步骤9，在过渡料层区5、土工织物反滤保护层12、垫料层区5施工完成后，浇筑混凝土面板层11，混凝土面板层11覆盖在垫料层区3外表面并支撑在细料垫层区4上。

步骤10，在混凝土面板层11上施做混凝土面板横缝18和混凝土面板竖缝19。

步骤11，施做l形支撑板14，根据坝体高度，l形支撑板14沿混凝土面板层11表面平行设置一道或多道，l形支撑板14板端朝向下游，深入到主堆石区6内部，另一端朝向坝体24上游，支撑混凝土面板层11。

步骤12，施工坝体24顶部的防浪墙基层26，防浪墙基层26上施做防浪墙16。

步骤13，在混凝土面板层11下部外侧施工上游铺盖区2和盖重区1。

步骤14，在细料垫层区4下部施做防渗帷幕15，防渗帷幕15穿过坝基25设置在坝基25下的混岩区上。

进一步的，步骤3所述防渗帷幕15外部形状制作成锯齿形或凹凸形。

进一步的，步骤4所述主堆石区6内部设置钢筋支架9。

进一步的，步骤6所述排水槽22连通储水池26。

进一步的，步骤8所述过渡料层区5采用连续级配细料石，细料石的粒径为85～100mm；所述土工织物反滤保护层12为复合土工膜，复合土工膜由防渗膜和土工布复合而成,防渗膜采用热焊接的聚乙烯(即pe)膜，膜厚0.5毫米,土工布采用纯新涤纶针刺无纺布，每平方米重量不小于200克；所述垫料层区3采用连续级配细料石，细料石的粒径为115～130mm。

进一步的，步骤7所述块石之间采用水泥勾缝。

进一步的，所述混凝土面板横缝18和所述混凝土面板竖缝19的深度为混凝土面板层11厚度的五分之一至四分之一，所述混凝土面板横缝18和所述混凝土面板竖缝19的宽度为3～6mm。

进一步的，所述混凝土面板横缝18和所述混凝土面板竖缝19分别填充横缝橡胶止水带20和竖缝橡胶止水带21。

以上通过结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行了详细描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的权利要求书保护范围以内。