一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝及其施工方法

摘要

一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝及其施工方法，淤地坝迎水面的坝坡上铺设由一层或一层以上的膜袋层，膜袋层由砒砂岩模块组成，砒砂岩模块带有方形的袋，袋内装有砒砂岩或改性砒砂岩，袋四周封口，模袋整体不会使袋内砒砂岩被水冲失，也不会因砒砂岩遇水溃散渗出袋外。砒砂岩模块自坝基开始，自下而上逐次堆叠且紧密接触，直至坝顶。砒砂岩模块底部由单层或多层呈锥体形状体置于坝基以下，确保淤地坝坝趾牢固，以避免坝体滑移。坝肩模袋嵌入两侧山体。淤地坝背水面全部是由原状砒砂岩形成堆体，且坡面植绿，避免坡面被雨水冲蚀。本发明结构简单，结构强度高，稳定性好，成本低，就地取材，使用寿命长，且施工方便，其保持水土、挡砂蓄淤效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体涉及水利工程中淤地坝的设计及施工，一种可以利用自然资源，达到结构稳定，有效抑制水土流失的淤地坝。

背景技术

砒砂岩是一种松散岩层，具体指古生代二叠纪和中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层，砒砂岩为陆相碎屑岩系，由于其上覆岩层厚度小、压力低，造成其成岩程度低、砂粒间胶结程度差、结构强度低、稳定性差，集中分布在黄土高原北部晋陕蒙接壤地区的鄂尔多斯高原。

砒砂岩在干燥状态下坚硬如石头，因其含有蒙脱石矿物，遇水则溃散成泥。因此，砒砂岩在长期的日晒雨淋下，鄂尔多斯高原地区的水土流失极为严重，成为黄河中游粗砂的主要来源，导致黄河中下游沙土淤积，水土大面积流失，生态破坏严重。

修筑淤地坝是治理水土流失、改善农业生产条件的有效措施，其拦沙又蓄水，蓄积的清水可作为灌溉使用，沉淀下来的泥沙则会形成丰沃的坝地。现有的淤地坝技术主要有以下几种形式：

1.采用粘土夯实的淤地坝，其缺点在于：结构强度低，使用寿命短。

2.采用混凝土浇筑而成的混凝土坝，其缺点在于：混凝土很难运抵施工现场。

3.采用砒砂岩堆积碾压修筑而成的淤地坝，其缺点在于：稳定性极差，降雨后极易被洪水冲毁或长期浸泡后溃坝。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，其所采用的技术方案是：有砒砂岩淤地坝，砒砂岩淤地坝与水相邻的边坡上铺设有一层或一层以上的膜袋层，所述膜袋层带有砒砂岩模块，所述砒砂岩模块自坝基开始，自下而上依边坡走势堆叠，一直堆叠到坝顶，形成一层膜袋层，所述膜袋层相邻砒砂岩模块之间互相接触、压实。

所述砒砂岩模块带有方形袋，所述袋内装有砒砂岩或改性砒砂岩，装有砒砂岩或改性砒砂岩的袋四周封口，形成砒砂岩模块；砒砂岩模块的袋内既可以直接装有砒砂岩，也可以装有改性砒砂岩，改性砒砂岩是砒砂岩与改性剂混合而成，改性砒砂岩具有材料强度更高、不易变形、耐水性强的特点。所述膜袋层底部固定在坝基上，所述膜袋层背水一侧嵌入边坡或相邻膜袋层内，所述膜袋层与坝肩相连接处的砒砂岩模块，嵌入所述坝肩。

装有改性砒砂岩的袋子四周紧密封口，形成砒砂岩模块，砒砂岩模块之间没有空隙，紧密接触，相邻砒砂岩模块之间压实，形成膜袋层。膜袋层底部稳稳地固定在坝基上，就像地基；自膜袋层底部开始，自下而上交错叠加砒砂岩模块，形成了一面坚固的“墙”，这面“墙”对边坡(砒砂岩淤地坝)进行全面保护，覆盖住边坡(砒砂岩淤地坝)，将雨水或其他水质与边坡(砒砂岩淤地坝)隔离，避免雨水冲刷边坡(砒砂岩淤地坝)，进而避免水土流失。由于膜袋层采用砒砂岩模块筑成，袋内的改性砒砂岩(砒砂岩)对雨水有个吸收、排出过程，可以缓解雨水或其他水质的流速，进而降低雨水对边坡(砒砂岩淤地坝)的冲刷力度，避免水土流失。本发明的膜袋层结构稳固，雨水浇淋在膜袋层上，会进一步促进砒砂岩模块之间的紧密接触，由于雨水浇淋在膜袋层上，雨水与膜袋层表面的浮沙土相混合，这种混合存在于相邻砒砂岩模块之间，使砒砂岩模块之间产生一种互相吸附的力，就像“水泥”一样，促使砒砂岩模块之间接触更加紧密，进而膜袋层结构更稳固。

由于改性砒砂岩(砒砂岩)是装在袋内，所以改性砒砂岩(砒砂岩)在经过雨水淋刷时，不会随雨水从袋内流出，袋对改性砒砂岩(砒砂岩)有约束、禁锢作用，不仅如此，装在袋内的改性砒砂岩(砒砂岩)对雨水向下流淌的流速有控制作用，其可以减缓雨水向下的流速，进而减小雨水对边坡(砒砂岩淤地坝)的冲刷力度，进而保护水土不流失，有效防止边坡(砒砂岩淤地坝)因下雨或其他情况遇水而产生的水土流失。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，更进一步地，在所述坝基与所述边坡相连接处，沿所述坝基与所述边坡的连接线，挖有向下凹陷的基础槽，所述基础槽大小与所述砒砂岩模块相匹配，所述砒砂岩模块坐放在所述基础槽内，形成膜袋层底部，自膜袋层底部向上交错堆叠砒砂岩模块至坝顶，形成一层膜袋层。基础槽的形状及结构没有特定限制，其也可以是沿坝基与边坡连接线，而下挖的一个完整的长条形凹槽，其所起到的作用是，膜袋层底部可以稳固的置于基础槽内，像打地基一样，稳固、环抱住膜袋层底部，进而确保膜袋层整体结构的稳固性。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，更进一步地，沿所述边坡走势铺设有一层或一层以上的膜袋层，在所述淤地坝底部交错堆叠有所述砒砂岩模块，所述砒砂岩模块与所述膜袋层相接触，形成坝趾棱体。膜袋层可以采用多种结构形式附着于边坡上，其可以采用一层，也可以采用多层，采用膜袋层的层数越多，其对砒砂岩淤地坝的保护力度就越强，其避免水土流失的能力就越强，将雨水与砒砂岩淤地坝相隔离的能力就越强。也可以采用在坝底堆叠砒砂岩模块，形成坝趾棱体的结构形式。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，更进一步地，所述砒砂岩模块在坝顶铺设形成的范围宽度不小于3米，所述砒砂岩模块在坝顶形成的范围整体向迎水面一侧倾斜0.1％-1％坡度。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，更进一步地，所述淤地坝远离所述膜袋层一层种有绿植。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，更进一步地，所述袋采用抗老化的土工布材制成。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，更进一步地，所述基础槽深度不小于50cm。以避免膜袋层底部滑移。

关于上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝的施工方法，有如下施工步骤：

a.清基，对坝基及坝基两侧边坡上的杂物、杂草、浮土进行清理，将坝基及坝基两侧边坡清理至基础层，并对坝基两侧的边坡进行削坡，其坡度比不大于1:1.5-2.5。

b.砒砂岩开采，选择离淤地坝坝址较近的砒砂岩区域进行开采，将开采后的砒砂岩与改性剂按照重量比进行搅拌，混合得到改性砒砂岩，砒砂岩与改性剂的重量比为0.5-2.0:10-100。

c.将改性砒砂岩放入方形袋内，装有改性砒砂岩的袋四周封口，形成砒砂岩模块。

d.在坝基与边坡连接处、沿着坝基与边坡连接线，挖或打夯有向下凹陷的基础槽，将c步骤中制成的砒砂岩模块放入基础槽内，砒砂岩模块紧固在基础槽内，形成膜袋层底部，自膜袋层底部向上交错堆叠砒砂岩模块，砒砂岩模块顺着边坡走势一直堆叠至坝顶，在坝顶继续铺设砒砂岩模块；对砒砂岩模块进行多方面挤压，使砒砂岩模块紧固于边坡上，砒砂岩模块之间紧密接触。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝的施工方法，更进一步地，所述改性剂有石灰、水泥、矿渣、水玻璃、碱金属硫酸盐。

上述一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝的施工方法，更进一步地，所述碱金属硫酸盐可由氯盐或铬盐替换。

本发明采用的这种砒砂岩模块堆叠的淤地坝结构强度高，稳定性好，成本低，使用寿命长，且施工方便，其保持水土、挡砂蓄淤效果好。并且可以就地取材，节省运输、人工资源，便于现场施工。本发明采用模袋堆叠的淤地坝通过将砒砂岩或改性砒砂岩填充于模袋内，能够显著提高坝体的结构强度和稳定性，且砒砂岩由模袋约束保护，避免遭受雨水冲蚀。

附图说明

图1是本发明采用一层膜袋层的结构示意图；

图2是本发明采用坝体全面覆盖膜袋层的结构示意图；

图3是本发明采用坝趾棱体结构形式的结构示意图；

图4是本发明应用于既有堤坝的结构示意图；

其中：1-坝基、2-基础槽、3-砒砂岩模块、5-坝顶、6-砒砂岩淤地坝、7-绿植、8-坝趾棱体、9-既有堤坝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，如图1所示，有砒砂岩淤地坝6，在砒砂岩淤地坝与水相邻的一侧边坡上，沿着边坡走势，铺设有一层膜袋层，膜袋层是由砒砂岩模块3自下而上交错叠加而成。砒砂岩模块是将改性砒砂岩放入在长方形袋内制成，改性砒砂岩放置在袋内后，将袋四周紧密封口，不留缝隙，长方形袋采用土工布材制，确保下雨后，经过雨水浇淋的砒砂岩不会从袋内流出，而雨水会从袋内排出。在坝基1与边坡连接处、沿着坝基与边坡连接线，挖有向下凹陷的基础槽2，基础槽深度为60cm，基础槽的大小与砒砂岩模块大小相匹配，砒砂岩模块放置在基础槽内，放在基础槽内的砒砂岩模块一个挨着一个，相邻砒砂岩模块之间紧密接触，形成膜袋层底部。基础槽牢牢包裹住膜袋层底部，对膜袋层底部进行稳固，为向上加错叠加砒砂岩模块，形成完整的膜袋层打好基础。

自膜袋层底部开始，向上交错叠加有砒砂岩模块，一直交错叠加至坝顶5。砒砂岩模块随着边坡走势向上叠加，上层砒砂岩模块与下层砒砂岩模块紧密接触，压实砒砂岩模块，砒砂岩模块与砒砂岩淤地坝相接触一侧，砒砂岩模块部分嵌入砒砂岩淤地坝内，砒砂岩模块与砒砂岩淤地坝形成一体，进一步提高膜袋层的稳固性。并且采用上、下交错的结构形式，使上层砒砂岩模块稳固于下层砒砂岩模块上，如同砌墙一样，使膜袋层如墙一样坚实稳固。在坝顶处继续交错拼接砒砂岩模块，在坝顶形成的砒砂岩模块范围宽度为3米，并且，坝顶处的砒砂岩模块采用向水面一侧倾斜0.1％坡度的结构，避免其冲刷下游边坡。自坝基开始到坝顶形成的砒砂岩模块范围止，形成一层完整的膜袋层。在坝顶，膜袋层边缘处与坝顶的砒砂岩土相对接，使膜袋层与砒砂岩土位于同一水平面。在砒砂岩淤地坝远离水面一侧边坡上，种植有绿植7。

实施例2

如图2所示，砒砂岩淤地坝采用了坝体上全面覆盖膜袋层结构，膜袋层将砒砂岩淤地坝的坝体全面覆盖，对砒砂岩淤地坝起到全面保护、与雨水相隔离的作用。在坝基与砒砂岩淤地坝坝体连接处，沿着坝基与坝体连线向下挖有基础槽，膜袋层底部稳固在基础槽内。沿着砒砂岩淤地坝整体走势，自下向上堆叠砒砂岩模块，边堆叠边压实砒砂岩模块，使相邻砒砂岩模块之间紧密连接、砒砂岩模块与砒砂岩淤地坝之间紧密连接，形成一体。

实施例3

在砒砂岩淤地坝与水相邻的边坡上铺设有膜袋层，其具体结构形式如实施例1所述，铺设好膜袋层之后，在砒砂岩淤地坝底部，在膜袋层与砒砂岩淤地坝之间，部分堆叠砒砂岩模块，堆叠的砒砂岩模块形成坝趾棱体(如图3所示)8，坝趾棱体的宽度不小于5米。采用这种坝趾棱体的结构形式，对铺设在边坡上的膜袋层进行限位，使其支撑效果更好，结构更加稳固，能够显著提高坝体稳定性。

实施例4

本发明还可以应用于既有堤坝上，如图4所示，在既有堤坝9外表面铺设膜袋层，起到对既有堤坝进行修补、防御的作用，避免水土流失。

关于上述实施例1-4中的一种采用砒砂岩模块堆叠的淤地坝，其施工步骤如下：

1.清基，对坝基及坝基两侧边坡上的杂物、杂草、浮土进行清理，将坝基及坝基两侧边坡清理至基础层，并对坝基两侧的边坡进行削坡，其坡度比不大于1:1.5-2.5。

2.砒砂岩开采，选择离淤地坝坝址较近的砒砂岩区域进行开采，将开采后的砒砂岩与改性剂按照重量比进行搅拌，混合得到改性砒砂岩，砒砂岩与改性剂的重量比为0.5-2.0:10-100。改性后的砒砂岩具有材料强度高、干缩变形小、耐水性强、易于取材制作的特点，抗压强度及浸水软化系数比未经过改性的砒砂岩要好，其90天抗压强度可达6.0MPa-23.0MPa，浸水软化系数可达0.75以上。

3.将改性砒砂岩放入方形袋内，装有改性砒砂岩的袋四周封口，形成砒砂岩模块。砒砂岩模块犹如天然砖块，其与砒砂岩淤地坝材质相同，与砒砂岩淤地坝通过材质结合成一体，结构稳固，起到稳固保护砒砂岩淤地坝的作用，还不会被雨水冲刷造成水土流失。

4.在坝基与边坡连接处、沿着坝基与边坡连接线，挖或打夯有向下凹陷的基础槽，将第3步骤中制成的砒砂岩模块放入基础槽内，砒砂岩模块紧固在基础槽内，形成膜袋层底部，自膜袋层底部向上交错堆叠砒砂岩模块，砒砂岩模块顺着边坡走势一直堆叠至坝顶，在坝顶继续铺设砒砂岩模块；对砒砂岩模块进行多方面挤压，使砒砂岩模块紧固于边坡上，砒砂岩模块之间紧密接触。

本发明结构简单，结构强度高，稳定性好，成本低，使用寿命长，且施工方便，其保持水土、挡砂蓄淤效果好。并且可以就地取材，节省运输、人工资源，便于现场施工。本发明采用模袋堆叠的淤地坝通过将砒砂岩或改性砒砂岩填充于模袋内，能够显著提高坝体的结构强度和稳定性，且砒砂岩由模袋约束保护，避免遭受雨水冲蚀。