一种分散性土高均质坝的制作方法

本发明属于土石坝建筑技术领域，具体涉及一种分散性土高均质坝。

背景技术：

均质坝是低、中坝中常采用的坝型，且在坝址处除土料外，缺乏其他材料的情况下才采用。

分散性黏土在低含盐量的水中细颗粒之间的凝聚力大部分甚至全部消失，呈团聚体存在的颗粒体自行分散成原级的黏土颗粒，悬浮于水中并随渗透水流失，出现大面积冲蚀孔洞或发生突然的管涌破坏。分散性黏土按照塑性分类，多属于中塑性，按照颗粒级配分类，属于轻粉质壤土。这类土的渗透系数一般小于1×10^-7cm/s，属于低渗透性土。分散性黏土最显著的工程特点就是抗冲蚀的能力很低。国内、外均有工程因采用分散性黏土防渗出现破坏的工程案例。

国内、外利用分散性黏土筑坝实例较多。利用分散性黏土筑坝，国外心墙坝坝高已超过百米，最高达109m；国内主要为中、低坝，没有高坝应用的成功案例。国内、外利用分散性土筑坝的均质坝的坝高一般限于中、低坝。

坝工界对分散性土筑坝的安全性问题，主要存在以下问题：(1)不能准确预测高坝条件下分散性土抵抗渗透破坏的能力。(2)改性分散性土料性质以抑制其分散性，选用合适的反滤料以防止土粒的流失。但这些措施用于高坝时的可靠性还有待验证。

坝工界对高均质坝(坝高大于70m)的安全性问题，主要担心高均质坝主体填筑完成后沉降量过大，导致高均质坝主体裂缝，产生渗漏通道，影响大坝安全。

技术实现要素：

本发明提供了一种分散性土高均质坝，目的在于提供一种能够充分发挥土工膜、分散性土料和反滤材料的各自优点和综合优势，从技术上解决高均质坝存在的高均质坝主体沉降、渗透破坏的问题，而且能明显增强高均质坝主体防渗结构的可靠性、耐久性和安全性，具有良好的社会、经济和环境生态效益的高均质坝。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种分散性土高均质坝，包括上游护坡、保护层、土工膜、土工布、分散性土料区、改性分散性土料区、棱体排水、褥垫排水、下游护坡、上游侧坝和下游侧坝；所述的分散性土料区是由分散性土料填筑而成的梯形；所述上游侧坝的表面铺设有土工膜，土工膜的上表面铺设有保护层，保护层的上表面铺设有上游护坡；所述下游侧坝的表面铺设有土工布，土工布的表面铺设有下游护坡，且土工布下端延伸至下游侧坝的下游；位于分散性土料区的底部铺设有改性分散性土区；位于下游侧坝的底部从内至外设置有褥垫排水和棱体排水，在褥垫排水和棱体排水上游侧及底部均铺设土工布。

还包括单向逆止阀；所述的单向逆止阀设置有多个且均匀布设在土工膜的水位变动区；所述的多个单向逆止阀的间排距为(4-6)m×(4-6)m。

所述的土工膜膜料采用的是防渗功能的土工合成材料。

所述的土工膜采用的是由膜料为hdpe材料或pvc材料制成的一布一膜、两布一膜或三布两膜土工膜。

所述的土工布采用的是具有反滤作用的土工合成材料。

所述的土工布单位面积质量不小于300g/m²；延伸至下游侧坝下游的土工布上部覆盖有回填土。

所述的棱体排水体的顶部高程高于下游最高水位0.5m-1.5m。

所述的改性分散性土料采用的是分散性土掺配生石灰或水泥配置而成，其中分散性土与生石灰或水泥的配置的重量比为(10-1):1。

有益效果：

(1)本发明通过高均质坝底部采用改性分散性土填筑，高均质坝的上游侧坝设置土工膜挡水，下游侧坝设置土工布反滤，解决了砂石料和块石料匮乏地区仅有分散性土料可用来筑坝时的技术问题，确保了分散性土高均质坝在高水头作用下的渗透安全性问题。

(2)本发明的底部部分采用改性后的分散性土填筑，同时提高压实度要求，从而降低了分散性土高均质坝填筑完成后的坝顶沉降值，避免了分散性土高均质坝体裂缝的产生，确保了分散性土高均质坝的安全。

(3)本发明在砂石料和块石料匮乏地区，仅有分散性土料可填筑大坝时，采用本发明的技术方案，即可实现高均质坝的构建，具有良好的社会、经济和环境生态效益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例，详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的断面示意图。

图2是上游侧坝结构示意图。

图中：1-上游护坡；2-保护层；3-土工膜；4-土工布；5-分散性土料区；6-改性分散性土料区；7-棱体排水体；8-褥垫排水体；9-下游护坡；10-回填土；11-单向逆止阀；ds-下游侧坝；du-上游侧坝；b-单向逆止阀阀体与土工膜之间粘贴固定处。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参照图1和图2所示的一种分散性土高均质坝，包括上游护坡1、保护层2、土工膜3、土工布4、分散性土料区5、改性分散性土料区6、棱体排水7、褥垫排水8、下游护坡9、上游侧坝du和下游侧坝ds；所述的分散性土料区5是由分散性土料填筑而成的梯形；所述上游侧坝du的表面铺设有土工膜3，土工膜3的上表面铺设有保护层2，保护层2的上表面铺设有上游护坡1；所述下游侧坝ds的表面铺设有土工布4，土工布4的表面铺设有下游护坡9，且土工布4下端延伸至下游侧坝ds的下游；位于分散性土料区5的底部铺设有改性分散性土区6；位于下游侧坝ds的底部从内至外设置有褥垫排水8和棱体排水7，在褥垫排水8和棱体排水7上游侧及底部均铺设土工布4。

在实际使用时，保护层2采用细沙、细砂砾石料或其他材料，用于保护土工膜3。下游护坡9采用干砌石、现浇混凝土块或预制混凝土块，用于保护下游坝坡免受雨水冲刷和坝坡表面稳定。土工膜3在高均质坝高度在100m以下时采用的厚度为1mm-2mm。

本实施例通过采用分散性土料填筑成梯形的分散性土料区5，上游侧坝du和下游侧坝ds的分散性土料区5底部铺设有改性分散性土区6，上游侧坝du表面设置土工膜挡水，下游侧坝ds设置土工布反滤，解决了砂石料和块石料匮乏地区仅有分散性土料可用来筑坝时的技术问题，确保了分散性土高均质坝在高水头作用下的渗透安全性问题。使用改性后的分散性土的填筑，同时提高压实度要求，有效降低了分散性土高均质坝填筑完成后的坝顶沉降值，避免了高均质坝底部土料的渗透破坏和坝体裂缝的产生，确保了分散性土高均质坝的安全。

本实施例中的分散性土，是采用现有技术的分散性土直接进行填筑。

本实施例中上游侧坝du的坡比为1：m，其中m为2.5～3.5；所述的下游侧坝ds的坡比为1：n，其中n为2～3，且上游侧坝du的坡比大于下游侧坝ds的坡比。

在具体应用时，土工布4下端延伸至下游侧坝ds下游的长度为h2，需根据现有技术进行渗流计算确定，以确保出逸点渗透坡降小于出逸点处土料的允许坡降，如图1所示。

本发明针对土料储备充分的地区，匮乏砂石料和块石料，且仅有分散性土可供填筑做防渗体的情况。本发明利用上游土工膜，减小高均质坝体内渗透水头；利用下游排水体降低坝内浸润线；利用下游土工布，保护分散性土不被带出，防止渗透破坏；利用改性分散性土料，防止了分散性土高均质坝底部的渗透破坏，同时，降低了分散性土高均质坝填筑完成后的沉降量。

当外购砂石料时，价格高，工程投资高、经济性差时，采用本发明的技术方案，可实现分散性土高均质坝的构建，并具有良好的社会、经济和环境生态效益。

实施例二：

参照图1和图2所示的一种分散性土高均质坝，在实施例一的基础上：还包括单向逆止阀11；所述的单向逆止阀11设置有多个且均匀布设在土工膜3的水位变动区；所述的多个单向逆止阀11的间排距为(4-6)m×(4-6)m。

在实际使用时，土工膜3的水位变动区范围，设置单向逆止阀11，间排距5m×5m左右。使得在库水位骤降期间，分散性土高均质坝内部的渗水可以通过单向逆止阀11排入库内，防止土工膜3被分散性土高均质坝内部的渗水顶起失稳。土工膜3上设置的单向逆止阀11，只允许分散性土高均质坝内渗水在上游水位降低后排出分散性土高均质坝体，不允许上游库水进入分散性土高均质坝体。

在具体应用时，多个单向逆止阀11的间排距优选为5m×5m。

实施例三：

参照图1和图2所示的一种分散性土高均质坝，在实施例一的基础上：所述的土工膜3采用的是防渗功能的土工合成材料。

进一步的，土工膜3采用的是由膜料为hdpe材料或pvc材料制成的一布一膜、两布一膜或三布两膜土工膜。

在实际使用时，土工膜3采用两布一膜、三布两膜等形式，即外侧布料包裹内部膜料，内部膜料每层之间用布料分隔；土工膜3的膜料为hdpe材料、pvc材料或其他新型材料，以保证坝体的安全。

在具体应用时，根据需要，具备防渗功能的土工合成材料均可作为土工膜3的材料。

在具体应用时，土工膜3在高均质坝高度在100m以下时采用的厚度为1mm-2mm。

实施例四：

参照图1和图2所示的一种分散性土高均质坝，在实施例一的基础上：所述的土工布4采用的是具有反滤作用的土工合成材料。

进一步的，所述的土工布4单位面积质量不小于300g/m²；延伸至下游侧坝ds下游的土工布4上部覆盖有回填土10。

在实际使用时，土工布4采用本技术方案，可以有效的防止下游侧坝ds发生渗透破坏，确保大坝安全。

实施例五：

参照图1和图2所示的一种分散性土高均质坝，在实施例一的基础上：所述的棱体排水体7的顶部高程高于下游最高水位0.5m-1.5m。

在实际使用时，棱体排水体7的顶部高程高于下游最高水位0.5m-1.5m时，有效防止了渗漏水流在冬季结冰堵塞渗流通道。

实施例六：

参照图1所示的一种分散性土高均质坝，在实施例一的基础上：所述的改性分散性土料6采用的是分散性土掺配生石灰或水泥配置而成，其中分散性土与生石灰或水泥的配置比例为(10-1):1。

在实际使用时，采用本技术方案的改性分散性土料6，可以防止分散性土高均质坝底部土料发生渗透破坏，当提高改性分散性土料6的压实度后，可以降低坝顶沉降量，减免分散性土高均质坝发生裂缝。

分散性土与生石灰或水泥的配置比例，还可以根据土的分散性强弱的实际情况进行调整。

实施例十：

如图1所示，分散性土高均质坝，坝高h大于70m，由分散性土料5填筑的高均质坝主体呈梯形，高均质坝主体的上游部分和下游部分分别是上游侧坝du和下游侧坝ds。

上游侧坝du的坡比为2.5，下游侧坝ds的坡比为2，上游侧坝du的表面从上至下设置上游护坡1和保护层2。

由于工程量不大，保护层2可采用外购的沙、砂砾石料。

上游护坡1采用现浇混凝土或预制混凝土块，由于石料匮乏，不用干砌石。

如图2所示，上游侧坝du的分散性土料区5、改性分散性土料区6，上游侧铺设有土工膜3，土工膜3的上游设置有保护层2和上游护坡1，即土工膜3的外表面设置有保护层2和上游护坡1。

土工膜3采用土工合成材料两布一膜、三布两膜等形式；土工膜3的膜料为hdpe材料或pvc材料，厚度根据高均质坝主体的高度决定。一般高度100m以下的大坝采用1mm-2mm。

土工膜3的水位变动区范围，设置单向逆止阀11，间排距5m×5m左右。在库水位骤降期间，分散性土高均质坝内部的渗水可以通过单向逆止阀11排入库内，防止土工膜3被分散性土高均质坝内部的渗水顶起失稳。

土工布4采用土工合成材料，要满足土工合成材料应用技术的相关规范要求，单位面积质量不小于300g/m²。土工布4在分散性土高均质坝下游的延伸长度h2，需根据渗流计算确定，以确保出逸点渗透坡降小于出逸点处土料的允许坡降。棱体排水体7下游的土工布4上部覆盖回填土10。

改性分散性土料6采用工程区现有的分散性土掺加生石灰或水泥以消除分散性。改性并压实后，改性分散性土6的抗剪强度和压缩模量提高，可减小分散性土高均质坝填筑完成后坝顶沉降值，减免分散性土高均质坝裂缝。改性分散性土6的高度h1，可以利用现有技术根据分散性土高均质坝沉降计算确定，以确保分散性土高均质坝填筑完成后坝顶沉降值不大于0.01h。

棱体排水体7的顶部高程高于下游最高水位1m，采用透水性好的块石料填筑；褥垫式排水体8伸入高均质坝主体内，通过渗流计算确定其高度和长度，以达到分散性土高均质坝降低浸润线的目的。

这种分散性土高均质坝，通过高均质坝底部采用改性分散性土填筑，分散性土高均质坝上游侧坝设置土工膜挡水，分散性土高均质坝下游设置土工布反滤，解决了砂石料和块石料匮乏地区仅有分散性土料可用来筑坝时的技术问题，确保了分散性土高均质坝在高水头作用下的渗透安全性问题；分散性土高均质坝底部部分采用改性后的分散性土填筑，同时提高压实度要求，可降低分散性土高均质坝填筑完成后的坝顶沉降值，以避免分散性土高均质坝裂缝的产生，确保分散性土高均质坝安全。在砂石料和块石料匮乏地区，仅有分散性土料可填筑大坝时，这种高均质坝体结构具有良好的社会、经济和环境生态效益。

实施例十一：

如图1所示，高均质坝主体的上游部分和下游部分中，上游侧坝du的坡比1：m为1：3.5，下游侧坝ds比上游侧坝du略陡，其坡比1：n为1：3。

如图2所示，根据上游侧坝du和下游侧坝ds的情况，这里单向逆止阀11阀体与土工膜3之间在b处粘贴固定，单向逆止阀11的下游侧(伸入分散性土料区5、改性分散性土料区6的一侧)，外包土工布4，土工布4与土工膜2下部的布缝合a。

采用与实施例十相同的方式建设这种分散性土高均质坝，这里不再详细叙述，其中，针对分散性土高均质坝的结构，必须验算分散性土高均质坝沉降、变形、应力以及坝坡稳定等，满足碾压式土石坝设计相关规范的要求，同时验算分散性土高均质坝各料区的渗透稳定性。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

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