复合材料面板土石坝及其防渗体施工方法

摘要

本发明公开了一种复合材料面板土石坝及其防渗体施工方法，包括了夹膜铺盖、板座、复合材料面板、防浪墙、过渡层、土石坝体等，所述的复合材料面板土石坝的横断面为梯形形状，坝顶有防浪墙，上游河床上有平铺的夹膜铺盖，上游坡脚处有一条从河床至两侧坝肩的板座，板座下设有帷幕，整个上游坝坡面上有复合材料面板，复合材料面板的底面与板座连接，复合材料面板的顶面与防浪墙连接，复合材料面板与土石坝体之间有上薄下厚且斜置的过渡层，下游坝坡面上有块石护坡且设置马道，下游坡脚处有贴坡排水体。由所述的夹膜铺盖、树脂膜止水、板座、帷幕、复合材料面板、两岸坝肩、防浪墙构成封闭的防渗体。该坝适建于岩石、砂砾、土等不同的坝基，具有蓄水高、防渗效果好、构造简单、施工简便等的特点，是水库枢纽中新的挡水建筑物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用复合材料面板为防渗及护坡材料的土石坝及其施工方法，具体的说是一种复合材料面板土石坝及其防渗体施工方法。

背景技术

目前，面板土石坝的面板常采用钢筋混凝土结构，由于钢筋混凝土面板的刚度大，而支承钢筋混凝土面板的土石坝体为松散体，一旦土石坝体沉降，钢筋混凝土面板与土石坝体之间很难协调变形，往往会产生钢筋混凝土面板板底脱空，在蓄水压力、自重、风浪等荷载的作用下，导致钢筋混凝土面板开裂，影响了大坝的安全与正常运行。

发明内容

针对现有面板土石坝面板的不足，本发明提出了一种复合材料面板土石坝及其防渗体施工方法，它采用抗裂、抗风浪冲击、耐疲劳的塑性复合材料制作面板，能与土石坝体协调变形，改善了面板的受力条件，是一种采用理想防渗与护坡材料的面板土石坝。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种复合材料面板土石坝，包括了夹膜铺盖、板座、复合材料面板、防浪墙、过渡层、土石坝体，所述的土石坝体的横断面为梯形形状，坝顶有防浪墙，上游河床上有平铺的夹膜铺盖，上游坡脚处有一条从坝基至两侧坝肩的板座，板座下设有帷幕，整个上游坝坡面上及坝肩嵌槽内有复合材料面板，复合材料面板与土石坝体之间有上薄下厚且斜置的过渡层，下游坝坡面上有块石护坡且设置马道，下游坡脚处有贴坡排水体，所述的夹膜铺盖与板座之间设置有沉降缝，沉降缝内有树脂膜止水，该树脂膜止水为开口向下的折叠形状，树脂膜止水的两外侧面紧贴沉降缝缝壁，所述的复合材料面板的底面与板座连接，复合材料面板的顶面与防浪墙连接，所述的夹膜铺盖内的树脂防渗膜a、板座内的树脂防渗膜b、树脂膜止水、复合材料面板内的人字纹树脂防渗膜连接成一体，由所述的夹膜铺盖、树脂膜止水、板座、帷幕、复合材料面板、两岸坝肩、防浪墙构成封闭的防渗体。

所述的夹膜铺盖的上游端设有齿墙，两侧有伸入河岸嵌沟内，下游端设置有所述的沉降缝，夹膜铺盖分为四层，由下而上依次有粘土垫层、沥青混凝土下层、树脂防渗膜a、沥青混凝土上层，所述的粘土垫层为等厚度，且上游端高下游端底地斜置于河床的基坑内，所述的沥青混凝土下层顶面为水平面，其上游端厚度比下游端的薄，且上游端与下游端之间的厚度按线性变化，所述的树脂防渗膜a为等厚度，所述的沥青混凝土上层为等厚度。

所述的板座为条状沥青混凝土结构，其横断面为多边棱体形状，板座与所述的夹膜铺盖连接面有45°的斜面，板座与所述的复合材料面板连接的斜面正交于上游坝坡面，板座中间有一层水平的树脂防渗膜b，所述的树脂防渗膜b为等厚度。

所述的复合材料面板分为六层，由下而上依次有玻纤格栅下层、沥青混凝土下面层、人字纹树脂防渗膜、沥青混凝土中面层、玻纤格栅上层、沥青混凝土上面层，所述的沥青混凝土下面层、沥青混凝土中面层的厚度均为上薄下厚，且顶部至底部的厚度按线性变化，所述的沥青混凝土上面层为等厚度，所述的人字纹树脂防渗膜两侧面上均有凸起的人字纹，该树脂防渗膜两侧膜面上的人字纹按等距、前后对应布置，且人字纹张口朝下。

一种复合材料面板土石坝面板的施工方法，依次按以下步骤进行：

（1）坝址测量放样，清除河床与坝肩的杂物，上游河滩地、坝基、坝肩的开挖与处理后，在夹膜铺盖的上游端开挖齿墙坑槽，在夹膜铺盖两侧河岸处开挖嵌沟，在上游坡脚处的坝基与两侧坝肩上开挖板座的基坑；

（2）板座基坑的底面与侧壁上喷洒乳化沥青后，在板座的基坑内分层摊铺、碾压沥青混凝土至树脂膜止水的高度后，在铺筑的沥青混凝土面上喷洒沥青胶，随即展铺树脂防渗膜b，再在展铺的树脂防渗膜b上喷洒沥青胶后，摊铺、碾压沥青混凝土至板座的顶面，并把沉降缝的缝面修饰平整后，在沉降缝缝面上喷洒一层热沥青，以及把与复合材料面板接茬斜面上的浮渣清除干净；

（3）碾压坝基后，进行坝体的过渡层、土石坝体的分层平齐填筑，直至填筑到坝顶。在填筑的过程中，对过渡层外侧面上喷洒乳化沥青封面；

（4）在板座上游侧的河滩地上，填筑夹膜铺盖的粘土垫层，粘土垫层上喷洒乳化沥青后，摊铺、碾压沥青混凝土下层，在该沥青混凝土下层顶面上喷洒沥青胶后，随即展铺树脂膜防渗膜a，并在沉降缝处安置树脂膜止水，把树脂膜防渗膜a与树脂膜止水连接，以及树脂膜止水与板座的脂膜防渗膜b连接，在树脂膜防渗膜a顶面上喷洒沥青胶后，摊铺、碾压沥青混凝土上层，完成夹膜铺盖部分的施工；

（5）待坝体沉降稳定后，从板座顶面向坝基内钻孔进行帷幕灌浆；

（6）开始复合材料面板的施工，依次施工顺序为从板座至坝顶的过渡层面上喷洒热沥青，随即展铺玻纤格栅下层；在玻纤格栅下层上喷洒热沥青后，摊铺、碾压沥青混凝土下面层；在沥青混凝土下面层上喷洒沥青胶，随即展铺人字纹树脂防渗膜；在人字纹树脂防渗膜上喷洒沥青胶，摊铺、碾压沥青混凝土中面层；在沥青混凝土中面层上喷洒热沥青后，随即展铺玻纤格栅上层；在玻纤格栅上层上喷洒热沥青后，摊铺、碾压沥青混凝土上面层；

（7）整个上游坝坡面上铺筑复合材料面板后，在坝顶修建防浪墙。这样，由夹膜铺盖、树脂膜止水、板座、帷幕、复合材料面板、两侧坝肩、防浪墙构成了防渗体，即完成整个复合材料面板坝防渗体的施工。

本发明中的复合材料面板土石坝的防渗体基于以下工作原理：复合材料面板土石坝在坝基的上游河床上设置了夹膜铺盖，在坝体的整个上游坝坡面上以及延伸到坝肩嵌槽内设置了复合材料面板，在夹膜铺盖与复合材料面板的连接处设置了板座，将夹膜铺盖、止水、板座、复合材料面板内的树脂防渗膜连成整体，由夹膜铺盖、两岸坝肩、板座、复合材料面板、防浪墙构成封闭的防渗体，来抵御上下游水位差产生的渗透压力，以及复合材料面板还能起到防风浪冲刷等的护坡作用。

从复合材料面板受力角度的分析，由于复合材料面板需承受巨大的水压力、水位快速升降的拖曳力、风浪的冲击力等荷载，以及因土石坝体产生不均匀沉降使复合材料面板变形、脱空，复合材料面板的两个侧面上均会出现最大的拉应力，为了让土石坝的复合材料面板具有强度高、塑性、抗裂、耐疲劳、能与土石坝体协调变形等的特性，现采用了以密度高、水稳性好的密级配沥青混凝土为主体，其中间夹延展性好的人字纹树脂防渗膜，两侧面设玻纤格栅的复核材料来制作面板，以达到理想的抗裂、抗冲击、防渗效果。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明提出一种复合材料面板土石坝及其防渗体的施工方法，它采用了能防渗、抗裂、抗风浪冲击、抗冻、与土石坝体协调变形、耐疲劳、耐紫外线辐射的复合材料面板为土石坝的防渗及护坡材料，具有蓄水水位高、防渗与抗裂效果好、构造简单、施工简便、造价低等的特点，是水库枢纽中新的挡水建筑物。

附图说明

图1为本发明的复合材料面板土石坝前视结构示意图。

图2为本发明的复合材料面板土石坝俯视结构示意图。

图3为本发明的复合材料面板土石坝后视结构示意图。

图4为本发明的复合材料面板土石坝侧剖视结构示意图。

图5为本发明的夹膜铺盖侧剖视结构示意图。

图6为本发明的板座侧剖视结构示意图。

图7为本发明的复合材料面板在防浪墙处侧剖视结构示意图。

图8为本发明的人字纹树脂防渗膜前或后视结构示意图。

图9为本发明的人字纹树脂防渗膜侧视结构示意图。

图中标号：1坝基、2坝肩、3坝顶、4防浪墙、5帷幕、6沉降缝、7树脂膜止水、8过渡层、9土石坝体、10块石护坡、11马道、12贴坡排水体、13上游河床、14上游水位、15下游水位、16等高线、17夹膜铺盖、18粘土垫层、19沥青混凝土下层、20树脂防渗膜a、21沥青混凝土上层、22齿墙、23板座、24树脂防渗膜b、25复合材料面板、26玻纤格栅下层、27沥青混凝土下面层、28人字纹树脂防渗膜、29人字纹、30沥青混凝土中面层、31玻纤格栅上层、32沥青混凝土上面层。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本实施例中的一种复合材料面板土石坝，包括了夹膜铺盖17、板座23、复合材料面板25、防浪墙4、过渡层8、土石坝体9，土石坝体9的横断面为梯形形状，坝顶3有防浪墙4，上游河床13上有平铺的夹膜铺盖17，上游坡脚处有一条从坝基至两侧坝肩2的板座23，板座23下设有帷幕5，整个上游坝坡面上及坝肩2嵌槽内有复合材料面板25，复合材料面板25与土石坝体9之间有上薄下厚且斜置的过渡层8，下游坝坡面上有块石护坡10且设置马道11，下游坡脚处有贴坡排水体12。所述的夹膜铺盖17与板座23之间设置有沉降缝6，沉降缝6内有树脂膜止水7，该止水7为开口向下的折叠形状，树脂膜止水7的两外侧面紧贴沉降缝6缝壁，所述的复合材料面板25的底面与板座23连接，复合材料面板25的顶面与防浪墙4连接，所述的夹膜铺盖17内的树脂防渗膜a20、板座23内的树脂防渗膜b24、树脂膜止水7、复合材料面板25内的人字纹树脂防渗膜28连接成一体，由所述的夹膜铺盖17、树脂膜止水7、板座23、帷幕5、复合材料面板25、两岸坝肩2、防浪墙4构成封闭的防渗体。

参见图5，本实施例中所述的夹膜铺盖17的上游端设有齿墙22，两侧有伸入河岸嵌沟内，下游端设置有所述的沉降缝6。夹膜铺盖17分为四层，由下而上依次有粘土垫层18、沥青混凝土下层19、树脂防渗膜a20、沥青混凝土上层21。所述的粘土垫层18为等厚度，且上游端高下游端底地斜置于河床的基坑内，所述的沥青混凝土下层19顶面为水平面，其上游端厚度比下游端的薄，且上游端与下游端之间的厚度按线性变化，所述的树脂防渗膜a20为等厚度，所述的沥青混凝土上层21为等厚度。

参见图6，本实施例中所述的板座23为条状沥青混凝土结构，其横断面为多边棱体形状，板座23与所述的夹膜铺盖17连接面有45°的斜面，板座23与所述的复合材料面板25连接的斜面正交于上游坝坡面，板座23中间有一层水平的树脂防渗膜b24，所述的树脂防渗膜b24为等厚度。

参见图7、图8和图9，本实施例中所述的复合材料面板25分为六层，由下而上依次有玻纤格栅下层26、沥青混凝土下面层27、人字纹树脂防渗膜28、沥青混凝土中面层30、玻纤格栅上层31、沥青混凝土上面层32。所述的沥青混凝土下面层26、沥青混凝土中面层30的厚度均为上薄下厚，且顶部至底部的厚度按线性变化，所述的沥青混凝土上面层32为等厚度，所述的人字纹树脂防渗膜28两侧面上均有凸起的人字纹29，该人字纹树脂防渗膜28两侧膜面上的人字纹29按等距、前后对应布置，且人字纹29张口朝下。

复合材料面板土石坝防渗体的施工方法，依次按以下步骤进行：

（1）坝址测量放样，清除河床与坝肩的杂物，上游河滩地13、坝基1、坝肩2的开挖与处理后，在夹膜铺盖17的上游端开挖齿墙22坑槽，在夹膜铺盖17两侧河岸处开挖嵌沟，在上游坡脚处的坝基1与两侧坝肩2上开挖板座23的基坑；

（2）板座23基坑的底面与侧壁上喷洒乳化沥青后，在板座23的基坑内分层摊铺、碾压沥青混凝土至树脂膜止水7的高度后，在铺筑的沥青混凝土面上喷洒沥青胶，随即展铺树脂防渗膜b24，再在展铺的树脂防渗膜b24上喷洒沥青胶后，摊铺、碾压沥青混凝土至板座23的顶面，并把沉降缝6的缝面修饰平整后，在沉降缝6缝面上喷洒一层热沥青，以及把与复合材料面板25接茬斜面上的浮渣清除干净；

（3）碾压坝基1后，进行坝体的过渡层8、土石坝体9的分层平齐填筑，直至填筑到坝顶3。在填筑的过程中，对过渡层8外侧面上喷洒乳化沥青封面；

（4）在板座23上游侧的河滩地上，填筑夹膜铺盖17的粘土垫层18，粘土垫层18上喷洒乳化沥青后，摊铺、碾压沥青混凝土下层19。在该沥青混凝土下层19顶面上喷洒沥青胶后，随即展铺树脂膜防渗膜a20，并在沉降缝6处安置树脂膜止水7，把树脂膜防渗膜a20与树脂膜止水7连接，以及树脂膜止水7与板座23的脂膜防渗膜b24连接，在树脂膜防渗膜a20顶面上喷洒沥青胶后，摊铺、碾压沥青混凝土上层21，完成夹膜铺盖17部分的施工；

（5）待坝体沉降稳定后，从板座23顶面向坝基1内钻孔进行帷幕灌浆5；

（6）开始复合材料面板25的施工，依次施工顺序为从板座23至坝顶3的过渡层8面上喷洒热沥青，随即展铺玻纤格栅下层26；在玻纤格栅下层26上喷洒热沥青后，摊铺、碾压沥青混凝土下面层27；在沥青混凝土下面层27上喷洒沥青胶，随即展铺人字纹树脂防渗膜28；在人字纹树脂防渗膜28上喷洒沥青胶，摊铺、碾压沥青混凝土中面层30；在沥青混凝土中面层30上喷洒热沥青后，随即展铺玻纤格栅上层31；在玻纤格栅上层31上喷洒热沥青后，摊铺、碾压沥青混凝土上面层32；

（7）整个上游坝坡面上铺筑复合材料面板25后，在坝顶3修建防浪墙4。这样，由夹膜铺盖17、树脂膜止水7、板座23、帷幕5、复合材料面板25、两侧坝肩2、防浪墙4构成了防渗体，即完成整个复合材料面板坝防渗体的施工。

坝基1是坝的地基；坝肩2是坝体两侧的山体；坝顶3的作用是满足安全、构造及交通要求；防浪墙4的作用是防止波浪漫坝；帷幕5的作用是坝基1防渗；沉降缝6的作用是复合材料面板土石坝与夹膜铺盖17之间产生不均匀沉降时留设的缝；树脂膜止水7的作用是防止沉降缝6内漏水或渗水；过渡层8的作用是支撑复合材料面板25，协调复合材料面板25与土石坝体9的变形；土石坝体9的作用是形成能挡水的结构，支撑复合材料面板25；块石护坡10的作用是保护坝坡面，防止雨水冲刷及冰冻侵蚀等；马道11的作用是提高坝坡面抗滑稳定性，缓解雨水集流的冲刷；贴坡排水体12的作用是防止产生管涌、流土等渗透破坏；上游河床13是复合材料面板土石坝上游的河床；上游水位14是上游蓄水的高度；下游水位15是下游水面的高程；等高线16是地面上相等高程的连线；夹膜铺盖17的作用是增加渗径长度；粘土垫层18的作用是让夹膜铺盖17受力均匀；沥青混凝土下层19的作用是防渗、支承树脂防渗膜a20；树脂防渗膜a20的作用是防渗；沥青混凝土上层21的作用是防渗，保护树脂防渗膜a20；齿墙22的作用是增加渗径长度；板座23的作用是支承复合材料面板25，设置沉降缝6与帷幕5，稳住上游坡脚；树脂防渗膜b24的作用是防渗；复合材料面板25的作用是防渗，抗风浪冲击；玻纤格栅下层26的作用是防裂；沥青混凝土下面层27的作用是防渗，支承人字纹树脂防渗膜28；人字纹树脂防渗膜28的作用是防渗；人字纹29的作用是增加人字纹树脂防渗膜28与沥青混凝土的摩阻力；沥青混凝土中面层30的作用是防渗；玻纤格栅上层31的作用是防裂；沥青混凝土上面层32的作用是保护层。