基于涂覆型防渗膜的土石坝的制作方法

1.本技术涉及土石坝防渗技术领域，特别是一种基于涂覆型防渗膜的土石坝。


背景技术：

2.在上游防渗的土石坝中，主要有混凝土面板堆石坝和土工膜堆石坝，由于混凝土面板坝的面板属于刚性材料，而堆石体属于弹塑性材料，其变形量往往比混凝土面板要大。
3.当堆石体变形过大时，会对混凝土面板产生较大的拉应力和压应力，导致混凝土面板拉裂或产生挤压破坏，裂痕的产生会导致产生渗漏甚至危及大坝安全。
4.而土工膜为柔性材料具有较好的延展性，适应变形能力较强，因此，当堆石体软岩含量过高时，一般可采用土工膜防渗以适应堆石体产生的较大变形。
5.现有土工膜坝的主要技术难点在于：
6.①
土工膜与趾板的锚固连接可靠性较差；
7.②
相搭接土工膜间焊接安装可靠性较差；
8.③
土工膜与堆石体(挤压边墙)间的抗滑稳定性较差。
9.由于以上难点的存在，使得土工膜施工需要专业施工单位承接，而国内外已完成的土工膜坝中，由于上述连接部位连接可靠性受到破坏，已发生多起坝体严重渗漏事故。
10.现有技术中涂覆型防渗膜主要用于对管道内壁的防渗处理中使用，例如cn201410799985.9中公开了一种用于非开挖管道内壁修复的弹性耐介质防渗膜材料及其制备方法，该弹性耐介质防渗膜材料，用于非开挖管道的内壁修复。


技术实现要素：

11.本技术提供了一种基于涂覆型防渗膜的土石坝，用于解决现有技术中存在的涂覆型防渗膜仅依靠涂抹难以适用于相邻石块发生较大距离位移情况下的石坝防渗的技术问题。
12.本技术提供了一种基于涂覆型防渗膜的土石坝，包括依序叠置于坝壳料堆迎水面上的：过渡料层、垫料层、挤压式边墙、水泥沙浆找平层、复合胎基布聚脲防水层；
13.所述土石坝还包括：趾板、盖重料层、铺盖料层、防浪墙；趾板设置于土石坝坡脚处垫料层外侧，并与垫料层相接；铺盖料层盖设于趾板及土石坝坡脚段的垫料层上；盖重料层叠置于铺盖料层顶面上；
14.过渡料层、垫料层叠置后压设于坝壳料堆堆坡脚端处；
15.防浪墙设置于坝顶的迎水侧；复合胎基布聚脲防水层铺设于防浪墙的迎水面上。
16.优选地，复合胎基布聚脲防水层包括：第一单组分防水聚脲层、第二单组分防水聚脲层、胎基布层；第一单组分防水聚脲层设置于水泥沙浆找平层顶面上；胎基布层铺设于第一单组分防水聚脲层上；第二单组分防水聚脲层设置于胎基布层上。
17.优选地，包括：界面剂层；界面剂层设置于水泥沙浆找平层顶面上；复合胎基布聚脲防水层设置于界面剂层顶面上。
18.优选地，挤压式边墙断面的迎水面上设置阶梯型凹槽；水泥沙浆找平层填充于阶梯型凹槽内，并高于挤压式边墙的迎水面；挤压式边墙设置于过渡料层的迎水面上，挤压式边墙下边缘与垫料层对齐设置；挤压式边墙厚度与垫料层厚度相等。
19.优选地，包括：帷幕灌浆柱；帷幕灌浆柱插设于地下；趾板盖设于帷幕灌浆柱顶面上，并与坝壳料堆坡脚段的垫料层连接。
20.优选地，复合胎基布聚脲防水层铺设于趾板顶面上，延伸长度为大于等于1.5m。
21.优选地，铺盖料层厚度为3～5cm。
22.本技术能产生的有益效果包括：
23.1)本技术所提供的基于涂覆型防渗膜的土石坝，通过设置复合胎基布聚脲防水层，从而有效适应坝体堆石变形，适应能力较强，对坝料的要求比混凝土面板堆石坝与土工膜堆石坝低，可大量采用软岩筑坝，坝料适应性强。
24.2)本技术所提供的基于涂覆型防渗膜的土石坝，通过设置复合胎基布聚脲防水层，复合胎基布聚脲防水层采用胎基布层与单组分聚脲层叠置，与混凝土层牢固连接，防渗结构可靠性高，结构整体抗变形能力强，施工方便，可推广运用于水利水电工程水库、抽水蓄能电站上下库等工程中。
25.3)本技术所提供的基于涂覆型防渗膜的土石坝，该结构适应变形能力较强，对坝料的要求比面板堆石坝与土工膜堆石坝低，可大量采用软岩筑坝，坝料适应性强。单组分聚脲层无毒、耐老化性能较好、粘结强度高、延伸率大，抗变形能力强，与基础混凝土粘结好、材料抗冻性能好，防渗效果好，施工方便，可推广运用于水利水电工程水库、抽水蓄能电站上、下库等工程中。
附图说明
26.图1为现有土石坝典型剖面结构示意图；
27.图2为本技术提供的基于涂覆型防渗膜的土石坝上游趾板附近防渗系统构造详图；
28.图3为本技术提供的基于涂覆型防渗膜的土石坝的上游防浪墙附近防渗系统构造详图；
29.图4为本技术提供的复合胎基布聚脲防水层设置状态主视局部剖视示意图；
30.图例说明：
31.1、复合胎基布聚脲防水层；2、水泥沙浆找平层；3、挤压式边墙；4、垫料层；5、过渡料层；6、坝壳料堆；7、趾板；8、盖重料；9、铺盖料9；10、防浪墙；11、帷幕灌浆柱；12、第一单组分防水聚脲层；113、第二单组分防水聚脲层；114、胎基布层；112、界面剂层。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要
求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
34.本技术中未详述的且并不用于解决本技术技术问题的技术手段，均按本领域公知常识进行设置，且多种公知常识设置方式均可实现。
35.参见图1～4，本技术提供的基于涂覆型防渗膜的土石坝，包括依序叠置于坝壳料堆6迎水面上的：过渡料层5、垫料层4、挤压式边墙3、水泥沙浆找平层2、复合胎基布聚脲防水层1；
36.所述土石坝还包括：趾板7、盖重料8层、铺盖料9层、防浪墙10；趾板7设置于土石坝坡脚处垫料层4外侧，并与垫料层4相接；铺盖料9层盖设于趾板7及土石坝坡脚段的垫料层4上；盖重料8层叠置于铺盖料9层顶面上；
37.过渡料层5、垫料层4叠置后压设于坝壳料堆6堆坡脚端处；
38.防浪墙10设置于坝顶的迎水侧；复合胎基布聚脲防水层1铺设于防浪墙10的迎水面上。
39.通过设置复合胎基布聚脲防水层1，能有效利用聚脲层无毒、耐老化性能较好、粘结强度高、延伸率大，与基础混凝土粘结好、材料抗冻性能好，施工方便，本坝型施工方便，抗变形能力强，防渗效果好，有效抵消坝壳料堆6中各石块位移产生的应力，提高防水层的使用寿命和防渗效果稳定性。
40.通过采用复合胎基布聚脲防水层1，能与混凝土连接牢固，施工方便，有效避免了土工膜施工中存在的上述问题。
41.优选地，复合胎基布聚脲防水层1包括：第一单组分防水聚脲层12、第二单组分防水聚脲层113、胎基布层114；第一单组分防水聚脲层12设置于水泥沙浆找平层2顶面上；胎基布层114铺设于第一单组分防水聚脲层12上；第二单组分防水聚脲层113设置于胎基布层114上。按此设置能利用胎基布层114为上、下单组分防水聚脲层提供支撑面，增强受力强度同时保证防水效果。
42.优选地，包括：界面剂层112；界面剂层112设置于水泥沙浆找平层2顶面上；复合胎基布聚脲防水层1设置于界面剂层112顶面上。
43.按此设置能在涂刷聚脲层前对需要防渗的砂浆或混凝土表面破损、孔洞、裂缝等缺陷进行修补，再将表面打磨光滑，均匀涂上界面剂后能防止漏刷，才能保证防水效果。
44.复合胎基布聚脲防水层1的厚度根据上游水头确定，在一具体实施例中，该层厚度为3～5mm。水泥沙浆找平层2采用m15水泥沙浆找平，水泥砂浆平均厚度1～2cm。
45.优选地，挤压式边墙3断面的迎水面上设置阶梯型凹槽；水泥沙浆找平层2填充于阶梯型凹槽内，并高于挤压式边墙3的迎水面；挤压式边墙3设置于过渡料层5的迎水面上，挤压式边墙3下边缘与垫料层4对齐设置；挤压式边墙3厚度与垫料层4厚度相等。按此设置能为复合胎基布聚脲防水层1提供可靠支撑，减少坝壳料堆6产生的应力向复合胎基布聚脲防水层1传导比例。
46.在一具体实施例中，挤压式边墙3为干硬性混凝土，抗压强度2～5mpa，高度与垫料层4厚度一致为40cm，顶宽10cm。
47.优选地，包括：帷幕灌浆柱12；帷幕灌浆柱12插设于地下；趾板7盖设于帷幕灌浆柱
12顶面上，并与坝壳料堆6坡脚段的垫料层4连接。按此设置能提高趾板7与垫料层4相接处的防渗水可靠性。
48.优选地，复合胎基布聚脲防水层1铺设于趾板7顶面上，延伸长度为大于等于1.5m。按此设置能有效解决土工膜与趾板7的锚固连接可靠性差的问题，提高在趾板7区域的防水性能，确保不产生渗漏通道。
49.优选地，铺盖料9层为粘土或粉细砂、粉煤灰堆砌成；铺盖料9层厚度为3～5cm。使用时应剔除大的块石，防止碾压时块石刺破聚脲防水层。
50.实施例
51.该土石坝包括：复合胎基布聚脲防水层1、水泥沙浆找平层2、挤压式边墙3、垫料层4、过渡料层5、坝壳料堆6、趾板7、盖重料8层、铺盖料9层、防浪墙10。
52.复合胎基布聚脲防水层1采用单组分防水聚脲涂刷形成，其厚度根据上游水头确定，通常为3～5mm。涂刷聚脲前需要防渗的砂浆或混凝土表面破损、孔洞、裂缝等缺陷进行修补，再将表面打磨光滑，涂上界面剂；涂刷时一定要均匀，防止漏刷，才能保证防水效果。水泥沙浆找平层2一般采用m15水泥沙浆找平，水泥砂浆平均厚度1～2cm。挤压式边墙3为干硬性混凝土，抗压强度2～5mpa，断面为梯形，高度与垫料层4厚度一致，一般为40cm，顶宽10cm。复合胎基布聚脲防水层1在周边缝部位应该伸入趾板7混凝土1.5m，伸入上游防浪墙10顶部，确保不产生渗漏通道。铺盖料9层所用料一般为粘土或粉细砂、粉煤灰，厚度一般3～5m。使用时应剔除大的块石，防止碾压时块石刺破聚脲防水层。本专利的关键是基层清理干净，打磨使其表面光滑，才能确保聚脲防水层不被刺破；界面剂和聚脲涂刷时一定要均匀，防止漏刷，才能保证防水效果并与基层连接牢固；复合胎基布聚脲防水层11采用单组分防水聚脲。
53.该土石坝的施工方法包括以下步骤：
54.先开挖基础，施工混凝土趾板7、填坝壳料堆6、垫料层4、过渡料层5和挤压式边墙3，施工工艺与传统土工膜坝一致，待填到一定的挡水渡汛高度并沉降一定时间后，再施工防渗层。
55.施工防渗层时，先将挤压式边墙3超出设计轮廓部分铲平，用水泥沙浆找平，再将表面打磨光滑，涂上界面剂，最后在表面涂刷复合胎基布聚脲防水层1。由于开挖基础，施工混凝土趾板7、填坝壳料堆6、垫料层4、过渡料层5和挤压式边墙3，施工工艺与传统面板坝一致，这里不再逐一介绍，重点介绍复合胎基布聚脲防水层1的物理特性和施工工艺。
56.1、复合胎基布聚脲防水层1的施工工艺如下：
57.1)砂浆找平：挤压式边墙3施工完成到一定高程后，先将挤压式边墙3超出设计轮廓部分铲平，再用m15水泥沙浆找平，水泥砂浆平均厚度1～2cm；
58.2)基层处理：将需要防渗的砂浆或混凝土表面破损、孔洞、裂缝等缺陷进行修补，再将表面打磨光滑，涂上界面剂；
59.3)涂刮聚脲：先涂刮2道聚脲(单组分)复合止水涂层，再铺上复合胎基布，最后再涂刮2～3道聚脲(单组分)复合止水涂层，使其达到设计厚度。
60.基层处理要求：
61.采用抛光或打磨、清洗等手段清除基层表面浮浆、灰尘、油污；使用修补材料对基层破损、孔洞、裂缝等缺陷进行修补，使其表面光滑。
62.单组分聚脲层施工要求：
63.(1)聚脲应单向均匀涂刷，按要求进行收边处理。斜面或立面宜采用多遍涂刷，一次涂刷厚度不宜大于0.8mm，后序涂刷应在前一道涂刷表面干燥后进行，直至厚度达到设计要求。
64.(2)两次涂刷聚脲作业面之间的搭接宽度应不小于50mm，搭接部位第一次涂刷厚度按斜边收坡。
65.(3)同一作业面进行两次或两次以上作业时，底部涂层表面无污染时，在间隔24h内可直接涂刷；有污染或间隔时间超过24h时，应将底部涂层表面清洁干燥后，涂刷层间处理剂，再进行上层涂刷作业。
66.(4)涂层施工完成后2h内不宜与水接触，72h内应防止外力冲击。
67.(5)涂刷过程中，作业面不得被水、灰尘及杂物污染。
68.2、单组分聚脲层主要技术指标：
69.(1)所用单组分聚脲层的物理力学指标见下表：
70.表1单组分聚脲层(防渗型)主要技术指标
[0071][0072][0073]
(2)粘结强度
[0074]
根据相关粘结试验结果表明：在使用潮湿型界面剂的前提下，单组分聚脲层与混凝土之间的粘结拉拔强度大于2.5mpa(或大于混凝土本体抗拉强度)；单组分聚脲层在干燥的条件下较潮湿的环境下固化得好，聚脲与混凝土之间的粘结强度也更高。单组分聚脲层在室温及低温下与混凝土的粘结拉拔强度检测结果见表2。
[0075]
表2单组分聚脲层(防渗型)粘结拉拔强度检测结果
[0076][0077]
(3)老化试验
[0078]
氙灯人工气候老化试验是以氙灯为光源，模拟强化光、热、空气、温度、湿度和降雨等主要因素的一种人工气候老化试验方法，试验采用gb/t16777标准，试验成果详见表3。
[0079]
表3氙灯人工加速老化实验成果
[0080]
材料断裂伸长率变化备注双组分喷涂聚脲42％1869h单组分聚脲层7％1869h天然橡胶板53％1500h
三元乙丙盖板31.1％1500h
[0081]
从表3可以看出，在氙灯人工加速老化试验中，单组分聚脲层耐老化性能最好，双组分喷涂聚脲和三元乙丙盖板耐老化性能次之，天然橡胶板耐老化性能最差。
[0082]
(4)抗变形室内试验
[0083]
复合胎基布单组分聚脲层防水层的物理模型试验，由该实验结果可知：在上下错动7cm、剪切位移13cm情况下，复合胎基布单组分聚脲层能有效维持完整无损，说明聚脲防水层抗变形能力较强，完全适用于该土石坝的防水、变形需要。
[0084]
3、胎基布技术指标
[0085]
胎基布外观、力学性能指标和检测方法详见表4。
[0086]
表4胎基布主要技术指标
[0087][0088]
4、界面剂技术指标
[0089]
界面剂性能要求和试验方法应满足表5的要求。
[0090]
表5界面剂性能要求和试验方法
[0091][0092]
复合胎基布聚脲防水层1具有：
[0093]
(1)材料为脂肪族，耐老化性能较好，不变色；
[0094]
(2)无毒，可用于饮用水工程；
[0095]
(3)防渗、抗冲磨性能好；
[0096]
(4)粘结强度高、延伸率大，与基础混凝土粘结好；
[0097]
(5)耐化学腐蚀；
[0098]
(6)材料抗冻性能好，在零下-45℃，材料仍为柔性；
[0099]
(7)对混凝土裂缝及接缝表面封闭时可以复合胎基布增强；
[0100]
(8)固化时间较慢，需要3～4h，有充足的时间施工；
[0101]
(9)可手刮或涂刷，不需要喷涂设备，施工方便、施工质量能保证。
[0102]
通过设置复合胎基布聚脲防水层1可实现与基础混凝土粘结好、材料抗冻性能好，施工方便。
[0103]
本实用新型的目的在于克服现有面板堆石坝和土工膜坝防渗技术中的不足，提供一种用于土石坝上游防渗系统的新坝型。复合胎基布聚脲防水层1采用胎基布与单组分聚脲层复合形成，可与混凝土连接牢固，防渗结构可靠性高，材料抗变形能力强，施工方便，可
推广运用于水利水电工程水库、抽水蓄能电站上下库等工程中。
[0104]
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。