坝体防渗用层状复合材料、坝体防渗结构及其施工方法

摘要

本发明公开了一种坝体防渗用层状复合材料、坝体防渗结构及其施工方法，属于水利水电工程领域。提供一种适用于坝体防渗用层状复合材料以及坝体防渗结构，可解决因防渗结构随坝体的变形而出现裂缝等问题，进而确保大坝的防渗效果。本发明通过采用柔性的骨架层和柔性的填料层隔层设置的方式，在用于大坝防渗时，层状复合材料可随着大坝的变形而相应的变形，可有效避免防渗体出现裂缝的问题，因而可确保大坝的防渗效果。而且，层状复合材料，还可在工厂批量生产，因此可有效的提高大坝防渗施工的效率，降低施工成本。另外，层状复合材料与坝体的材料具有较好的相互连接性，可有效避免分层情况发生；并且也可用于混凝土表面裂缝修复的防渗结构中。

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程领域，尤其涉及在水利水电工程中大坝坝体的防渗技术领域，具体是一种坝体防渗用层状复合材料、坝体防渗结构及其施工方法。

背景技术

现有技术中，对大坝设置的防渗体或者防渗层结构主要有钢筋混凝土、粘土、沥青混凝土、钢材等等几种方式，而上述这些防渗结构的缺点是难以适应防渗支撑体或者坝体自身的较大变形。尤其对于近年来逐渐增多的坝高大于200m甚至大于300m的堆石坝或者在超深覆盖层上建高坝而言，其后期坝体各部位的变形量往往较大；因此，采用上述现有的防渗方式，均难以满足坝体在大变形条件下的防渗要求，容易因防渗结构随坝体的变形而出现裂缝等问题，进而导致渗漏的情况发生，致使防渗目的失败；而且上述防渗结构的施工成本较高。另外，还有采用复合土工膜的防渗结构，但由于其容易破裂、老化、受化学腐蚀等问题限制，一般仅常用于20m高挡水坝，最高挡水不超100m。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种适用于坝体防渗用层状复合材料以及坝体防渗结构，可解决因防渗结构随坝体的变形而出现裂缝等问题，进而确保大坝的防渗效果。另外，本发明还提供一种坝体防渗结构的施工方法，其可提高施工效率，进而降低施工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：坝体防渗用层状复合材料，所述层状复合材料包括至少一层骨架层和至少一层填料层，所述骨架层和填料层依次间隔设置；所述骨架层为由化学纤维网铺设而成的一层柔性层，所述填料层为由沥青或粘土或砾石土或聚胺脂或环氧树脂铺设而成的一层柔性层；当在同一层骨架层的两侧分别设置有填料层时，位于该骨架层两侧的填料层通过组成该层骨架层的化学纤维网上的镂空网格相互连接。

进一步的是：所述化学纤维网的材料为玻璃纤维、涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、氯纶、氨纶、碳纤维和芳纶中的至少一种。

进一步的是：每层骨架层的厚度为0.2mm-1mm；每一层填料层的厚度为D，并且D的取值范围为0.5mm-10mm。

进一步的是：所述骨架层至少设置有一层，所述填料层至少设置有两层，在每层骨架层的两侧均设置有一层填料层。

进一步的是：在每层填料层内，沿层状复合材料的宽度方向设置有贯穿该层填料层的缝隙；在同一填料层内，沿层状复合材料的长度方向间隔的设置有多个所述缝隙；同时，在沿层状复合材料的长度方向上，位于相邻两层填料层内的缝隙错开设置。

进一步的是：每一层填料层的厚度为D，所述缝隙的宽度为L，并且有0＜L≤2D。

进一步的是：所述层状复合材料呈S形弯曲状，并且每一层骨架层和每一层填料层均呈S形弯曲状；当设置有缝隙时，所述S形弯曲状的走向与缝隙的长度方向一致。

上述本发明所述坝体防渗用层状复合材料的有益效果是：采用柔性的骨架层和柔性的填料层隔层设置的方式，并且通过采用针对大坝环境而特定的材料作为填料层，因此得到适用于大坝的，且具有一定柔性的和密封性能的层状复合材料。这样，在用于大坝防渗时，本发明所述的层状复合材料可随着大坝的变形而相应的变形，可有效避免防渗体出现裂缝的问题，因而可确保大坝的防渗效果。另外，本发明所述的层状复合材料，还可在工厂批量生产为具有一定宽度和长度的成品后再运往大坝进行施工，因此可有效的提高大坝防渗施工的效率，降低施工成本。而且，本发明所述的层状复合材料由于选用特定的填料层，因而其与坝体的材料具有较好的相互连接性，可有效避免分层的情况发生。

另外，本发明还提供一种坝体防渗结构，包括覆盖层和设置在覆盖层上方的坝体，所述坝体由堆石堆积而成，在所述坝体的上游侧或者在坝体内部设置防渗层，所述防渗层由上述本发明所述的层状复合材料铺设而成，所述层状复合材料从坝体顶端延伸至坝体的底端；当所述层状复合材料呈S形弯曲状时，所述S形弯曲状的走向与坝体轴线垂直。

进一步的是：还包括混凝土防渗墙，所述混凝土防渗墙的顶端与防渗层连接，混凝土防渗墙的底端穿过覆盖层后深入到位于覆盖层下方的基岩层内；在防渗层的表面铺设一层混凝土或块卵石保护层。

进一步的是：还包括护墙，所述护墙铺设在保护层的底部表面。

上述本发明所述的坝体防渗结构，其通过采用本发明所述的层状复合材料，因而使得坝体的防渗可适应坝体的相应变形情况；而且进一步通过将层状复合材料与相应的混凝土防渗墙相连，可有效的提高大坝整体的防渗效果。

另外，本发明还提供一种坝体防渗结构施工方法，其针对上述本发明所述的坝体防渗结构，包括如下步骤，

A、进行坝体填筑施工，在坝体施工完成后，将坝体上游侧的表面设置成S形凹凸状，并且所述S形凹凸状的走向从坝体上游侧表面的底部至顶部；

B、在S形凹凸状的表面依次间隔的铺设骨架层和填料层以形成防渗层，并且每层骨架层和每层填料层与S形凹凸状的弯曲形状一致；或者在S形凹凸状上铺设权利要求1至7中任一项所述的层状复合材料作为防渗层，并且使层状复合材料与S形凹凸状的弯曲形状一致；

C、在防渗层的表面铺设一层混凝土或块卵石保护层。

本发明所述坝体防渗结构施工方法的有益效果是：施工过程简单，可根据现场施工情况采用现场逐层铺设施工以形成防渗层或者直接采用成品的层状复合材料进行铺设以形成防渗层；因而可提高施工效率，降低施工成本。

附图说明

图1为发明所述的坝体防渗用层状复合材料的俯视图；

图2为图1的三维视图；

图3为层状复合材料呈S形弯曲状时的横截面示意图；

图4为层状复合材料呈平板状时的横截面示意图；

图5为层状复合材料的纵截面示意图；

图6为单层骨架层的俯视图；

图7为在坝体的上游侧设置防渗层的结构示意图，并且相应的层状复合材料呈S形弯曲状；

图8为图7中局部区域A的放大示意图；

图9为图7中由平板状的层状复合材料代替S形弯曲状的层状复合材料时的结构示意图；

图10为在坝体的中部设置防渗层的结构示意图，并且相应的层状复合材料呈S形弯曲状；

图11为图10中局部区域B的放大示意图；

图12为图10中由平板状的层状复合材料代替S形弯曲状的层状复合材料时的结构示意图；

图中标记为：骨架层1、填料层2、镂空网格3、缝隙4、覆盖层5、坝体6、层状复合材料7、坝体轴线8、混凝土防渗墙9、基岩层10、防渗层11、保护层12、护墙13、填料层的厚度D、缝隙的宽度L。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图6中所示，本发明所述的坝体防渗用层状复合材料，所述层状复合材料包括至少一层骨架层1和至少一层填料层2，所述骨架层1和填料层2依次间隔设置；所述骨架层1为由化学纤维网铺设而成的一层柔性层，所述填料层2为由沥青或粘土或砾石土或聚胺脂或环氧树脂铺设而成的一层柔性层；当在同一层骨架层1的两侧分别设置有填料层2时，位于该骨架层1两侧的填料层2通过组成该层骨架层1的化学纤维网上的镂空网格3相互连接。

其中，骨架层1和填料层2分别设置为具有一定柔性的层状结构，之所以要求其具有一定的柔性，其目的是为了使得最终得到的层状复合材料整体具有一定的柔性，这样即可适应坝体后期变形的情况；进而避免层状复合材料在变形过程中出现裂缝问题，确保防渗效果的有效性。更具体的，为了实现上述柔性的要求同时考虑到针对大坝的防渗需求，进一步设置填料层2为由沥青或粘土或砾石土或聚胺脂或环氧树脂铺设而成的一层柔性层，同时设置骨架层1为由化学纤维网铺设而成的一层柔性层。由于上述填料层2采用的材料与坝体的材料具有较好的连接性能，因此，采用本发明所述的层状复合材料作为防渗结构时，可有效避免出现分层的情况。

本发明中所述的骨架层1的作用主要为如下三点，第一是，具有一定柔性，可实现随围岩的变形而随之变形；第二，通过具体采用化学纤维网做成的骨架层1，可保证该层结构有较大的强度与抗变形能力；第三，通过采用网状设置，可有效的提高骨架层1与相应的填料层2之间的连接关系，并且还可透过骨架层1上的镂空网格3实现两侧的填料层2之间的有效连接，这样可保证层状复合材料整体的牢固性，避免层状复合材料的各层之间出现分层情况。

本发明中所述的填料层2的作用主要为如下三点，第一，具有一定柔性，可实现随围岩的变形而随之变形，因而可避免出现裂缝；第二，通过填料层起到防渗效果，因此填料层需要选用具有较好的黏结性和隔水性的材料，本发明中具体采用沥青或粘土或砾石土或聚胺脂或环氧树脂中的其中一种，尤其以采用沥青或粘土或砾石土为优，其优势是针对大坝防渗的具体情况，采用上述材料，可保证密封性能，同时材料成本相对较低，尤其是在采用沥青或粘土或砾石土时更是成本低廉，并且取材容易；第三，由于坝体材料一般为堆石、砾石等土石材料，因此上述填料层2的材料与坝体的材料具有较好的连接性能，可有效避免出现分层的情况。

另外，组成骨架层1的化学纤维网的材料可选用玻璃纤维、涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、氯纶、氨纶、碳纤维和芳纶中的至少一种；骨架层1应当具有一定强度，尤其是抗拉强度。因为填料层2需要具有一定的柔性，因此通过选用上述材料的填料层2后，其抗拉强度往往较弱，此时，通过设置骨架层1与填料层2的结构，可保证层状复合材料整体的强度，尤其是抗拉强度，进而避免层状复合材料受拉后出现裂缝的问题。

更具体的，对于每一层骨架层，其为化学纤维网层结构，其厚度通常由化学纤维网层的材料厚度决定，通常其厚度只有0.2mm-1mm左右；而对于每一层填料层2的厚度D，并没有严格限制，一般可取值范围为0.5mm-10mm；具体也可根据实际情况而定。而且，对于骨架层1和填料层2的设置层数，并没有限制，为了起到对骨架层1的保护效果，一般情况下设置成填料层2的层数比骨架层1的层数多一层的结构，在每层骨架层1的两侧均设置有一层填料层2。如至少设置一层骨架层1，且设置两层填料层2。当然，也可根据层状复合材料最终需要的厚度，以及每层骨架层1和填料层2的厚度情况来综合设置骨架层1和填料层2的层数以及单层的厚度情况。

另外，在上述基础上，还可进一步在每层填料层2内，沿层状复合材料的宽度方向设置有贯穿该层填料层2的缝隙4；在同一填料层2内，沿层状复合材料的长度方向间隔的设置有多个所述缝隙4；同时，在沿层状复合材料的长度方向上，位于相邻两层填料层2内的缝隙4错开设置；具体可参照附图中所示情况。上述设置缝隙4的作用是可允许同一层填料层2内位于缝隙4两侧的部分在发生变形时，可通过缝隙4起到一定的缓冲作用，进而增强填料层2在长度方向上抗变形能力，并最终增强层状复合材料在长度方向上的抗变形能力。而进一步将位于相邻两层填料层2内的缝隙4错开设置，如图5中所示，则是为了保证层状复合材料整体的密封性和结构强度。更具体的，一般情况下，当每一层填料层2的厚度为D，所述缝隙4的宽度为L时，可设置有0＜L≤2D。

另外，上述设置缝隙4的结构，其目的主要是增强层状复合材料在长度方向上的抗变形能力。而对于层状复合材料在宽度方向上的抗变形能力，本发明可进一步通过如下设置：如图2和图3中所示，将所述层状复合材料呈S形弯曲状，并且每一层骨架层1和每一层填料层2均呈S形弯曲状；当设置有缝隙4时，所述S形弯曲状的走向与缝隙4的长度方向一致。当然，在上述中层状复合材料呈S形弯曲状时，其具体的S形弯曲状的走向是指如图2和图3中相应箭头所指方向。这样，在需要时，可通过设置缝隙4的结构和/或设置层状复合材料呈S形弯曲状的结构来增强层状复合材料相应的抗变形能力。

另外，本发明所述的坝体防渗结构，包括覆盖层5和设置在覆盖层5上方的坝体6，所述坝体6由堆石堆积而成，在所述坝体6的上游侧或者在坝体6内部设置防渗层11，所述防渗层11由上述本发明所述的层状复合材料7铺设而成，所述层状复合材料7从坝体6顶端延伸至坝体6的底端；当所述层状复合材料呈S形弯曲状时，所述S形弯曲状的走向与坝体轴线8垂直。其中，所谓坝体6由堆石堆积而成，是指此类坝体一般由堆石、砾石等土石材料直接堆积或者经过碾压后堆积而成，因此其防渗性能较差，所以才需要设置相应的防渗层结构。而且，本发明所述的坝体防渗结构，尤其适用于高坝或者建在深厚覆盖层上的大坝；当然，理论上也可用于低坝或者其它普通坝体等的防渗工程中。

至于防渗层11的具体设置位置，一般情况下，可在坝体6的上游侧设置，如图7至图9中所示情况，或者可在坝体6内部的中间位置设置防渗层11，如图10至12中所示。而且，由于采用本发明所述的层状复合材料7作为防渗层11，因此可使得防渗层11具有较强的抗变形能力，即使坝体发生较大的变形情况，也可避免防渗层11出现裂缝，因而可起到较强的防渗效果。

另外，一般情况下，还包括混凝土防渗墙9，所述混凝土防渗墙9的顶端与防渗层11连接，混凝土防渗墙9的底端穿过覆盖层5后深入到位于覆盖层5下方的基岩层10内。混凝土防渗墙9的作用主要是起到对覆盖层5内的防渗；而上述设置在坝体6内的防渗层11则是起到对坝体6的防渗，因此，通过将混凝土防渗墙9和防渗层11进行连接，可增强整体的防渗效果。另外，为了起到对防渗层11的保护，一般将防渗层设置在坝体的上游侧时，可进一步在防渗层11的表面铺设一层混凝土或块卵石保护层12。另外还可在保护层12的底部表面铺设一层护墙13。

具体的，如图7和图9所示，为在大坝6的上游侧设置防渗层11，并且图7中对应的为设置成S形弯曲状的防渗层11结构，而图9则是采用平板状的防渗层11。而如图10和图12所示，为在大坝6的中部位置设置防渗层11，并且图10中对应的为设置成S形弯曲状的防渗层11结构，而图12则是采用平板状的防渗层11。

另外，本发明所述的层状复合材料7可以在大坝的现场进行铺设施工而成，也可在工厂内生产为具有一定宽度和长度的成品后再运输至大坝进行铺设。本发明提供一种在大坝进行铺设的施工方法，包括如下步骤：

A、进行坝体6填筑施工，在坝体6施工完成后，将坝体6上游侧的表面设置成S形凹凸状，并且所述S形凹凸状的走向从坝体6上游侧表面的底部至顶部；

B、在S形凹凸状的表面依次间隔的铺设骨架层1和填料层2以形成防渗层11，并且每层骨架层1和每层填料层2与S形凹凸状的弯曲形状一致；或者在S形凹凸状上铺设权利要求1至7中任一项所述的层状复合材料7作为防渗层11，并且使层状复合材料7与S形凹凸状的弯曲形状一致；

C、在防渗层11的表面铺设一层混凝土或块卵石保护层12。

当时，上述步骤A中针对的是在坝体6的上游侧铺设防渗层11的具体施工方式，如果需要将防渗层设置到坝体6的中部位置时，也可通过相的施工方式代替，例如先修筑坝体6一侧的墙体，然后进行防渗层11的施工，之后再进行坝体6另一侧的墙体修筑。

另外，在步骤B中，至于在S形凹凸状的表面铺设的第一层为骨架层1还是填料层2，并没有严格要求，一般情况下，可先铺设一层填料层2，并按照“填料层2-骨架层1-填料层2-骨架层1-填料层2……-骨架层1-填料层2”的铺设方式进行铺设；此种铺设方式下，填料层2将始终比骨架层1多一层，这样可起到对骨架层1的保护效果。

当然，如果在上述施工方法中需要进行混凝土防渗墙9的施工时，则应当在上述施工方法的步骤A之前进行。

上述本发明所述的坝体防渗用层状复合材料，理论上，其除了可以用于坝体的防渗工程外，也可用于混凝土表面裂缝修复的防渗结构中，如在心墙坝混凝土盖板或者修建在深厚覆盖层上的廊道等混凝土结构中，由于基础约束大、施工控制不利、温度变化、混凝土骨料差等各种原因的影响，而在混凝土表面产生裂缝进而影响混凝土结构的防渗不佳时，也可采用本发明所述的坝体防渗用层状复合材料用于修复此类裂缝，其也可有效的修复裂缝，同时起到非常好的防渗效果。