均质土坝的坝体排水结构的施工方法与流程

本发明涉及的是一种用于水利水电、采矿等行业中的均质土坝的排水结构的施工方法。

背景技术：

均质土坝是一种古老的水工建筑物，其断面不分防渗体和坝壳，基本上是由相对较均匀的、渗透系数较小的单一材料填筑而成。整个坝体就是防渗体，其结构与坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化甚至取消防渗处理。它具有填筑材料单一，工序简单，各工序间干扰少、对地质条件要求低，造价低等特点，在条件满足时常是工程设计的首选方案。但因土料填筑受降雨影响很大，使这种坝型在一些多雨地区的使用受到限制。特别是建在弱透水坝基上的均质土坝，如不采取适宜的坝体排水措施，坝体内浸润线较高，如果浸润线与坡面相交，坝坡的稳定系数约降低50%，对坝坡稳定极为不利。为保证坝坡稳定，则必须减小坡度，从而造成填筑工程量增加。

均质土坝填筑是采取分区分层方式。碾压激振力直接作用在每一填筑层表面，其上半部分压实度较高，并在表面形成致密光滑的表层，而下半部分压实度则相对较低，层间存在水平向的低压实度区，导致坝体为软硬（相对）相间的不均匀结构，因此其水平向透水性大于竖直向透水性。

通常均质土坝采用棱体（坡面）排水和褥垫排水相结合的排水结构。当坝体水平和垂直向具有相同透水性时，褥垫排水能有效降低坝体浸润线，这种结构强化的是水平排水褥垫的作用。鉴于填土经碾压后沿层间的水平向透水性常比垂直向大，虽设褥垫排水浸润线仍不能迅速下降，不能保证下游坝体（坡）处于干燥状态（浸润线与底部褥垫或棱体相交）。为降低坝体浸润线高度、减小渗透压力,增加坝体下游坝坡的抗滑稳定性，从而适当增大下游坝坡的坡度，减小填筑工程，就需要寻求一种不但成本较低，施工方便，而且与棱体排水和褥垫排水相比能显著降低坝体浸润线的均质土坝排水结构。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种能降低坝体浸润线高度、减小渗透压力,增加坝体下游坝坡的抗滑稳定性，从而适当增大下游坝坡的坡度，减小填筑工程量，成本低，施工方便，而且能具有显著降低浸润线的均质土坝排水结构从而满足规范要求并且能节约工程造价，缩小施工周期的均质土坝的坝体排水结构的施工方法。

本发明目的是这样来实现的：

本发明均质土坝的坝体排水结构的施工方法，坝体排水结构由依次连接的竖向排水体、至少一条水平排水垫层（水平排水体）、排水棱体组成，施工方法是在均质土坝坝体内坝基防渗帷幕下游侧、采用高渗透系数填筑材料如满足级配要求的砂、碎石或能够导排水的有机材料沿顺坝轴线方向形成一道水平宽度为1m～3m的竖向排水体、以疏排渗透水至竖向排水体底部，在下游端设置排水棱体，在竖向排水体和下游排水棱体间设置至少一条水平排水垫层，以作为竖向排水体和排水棱体之间的联系通道，保证渗透水顺利排至下游。

上述的竖向排水体由竖向排水层、分别位于竖向排滤层上、下两侧的竖向反滤层组成，水平排水垫层由水平排水层、分别位于水平排水层上、下两侧的水平反滤层组成，排水棱体由排水反滤层和碾压后堆石组成。

上述的水平排水垫层为二条，在竖向排水和排水棱体之间，设置两条排水通道（排水褥垫），保证坝体渗水能够通畅排往下游。排水结构变更以后，下游三级坝坡从下到上分为：1:2.5、1:2.5、1:2.0。相应的排水棱体的高度也显著降低。

在竖向与水平向渗透性不同的均质土坝中，现有强化褥垫排水（水平设置）的结构不能满足要求，需要强化竖向排水体的作用，水平排水垫层仅为排水通道。通过计算比较均质坝和黏土心墙堆石坝渗流场发现在黏土心墙堆石坝渗流场中，流线穿过心墙进入堆石区后迅速降低，在很短的水平距离内降至下游水位高程。其主要原因是因堆石区渗透系数较大（约1～5×10^-2cm/s,约为黏土心墙的5000～10000倍）。本发明能在坝体内特定位置设置一层一定厚度的大渗透系数的填料区（或其他能够导排水的有机材料）形成自上而下的竖向排水通道，将渗流水导排至下游，在保证排水通道设置处顶部高程高于相应断面的浸润线和排水通道的排水能力大于整个坝体的渗流量时，就能保证排水通道下游侧坝体处于较干燥状态，从而实现本发明。

本发明方法能降低坝体浸润线高度、减小渗透压力,增加坝体下游坝坡的抗滑稳定性，从而适当增大下游坝坡的坡度，减小填筑工程量，成本较低，施工方便，而且能具有显著降低浸润线的均质土坝排水结构从而满足规范要求并且能节约工程造价，缩小施工周期的均质土坝。

附图说明

图1为本发明坝体排水结构平面示意图。

图2为本发明坝体排水结构剖面图。

图3为均质土坝排水路径模型图。

具体实施方式

参见图1、～图3，本实施例均质土坝的坝体排水结构的施工方法，坝体排水结构由依次连接的竖向排水体1、二条水平排水垫层2、排水棱体3组成。施工方法是在均质土坝坝体内坝基防渗帷幕下游侧，高渗透系数性填筑材料如满足级配要求的砂、碎石（或能够导排水的有机材料）沿顺坝轴线方向形成一道水平宽度为2的竖向排水体1以疏排渗透水至竖向排水体底部。在下游端设置排水棱体3.在竖向排水体和下游排水棱体间设置二条水平排水垫层2，作为竖向排水体和排水棱体之间的联系通道以保证渗透水顺利排至下游。

竖向排水体由满足反滤和通水量要求的砂石材料或有机土工材料（或为二者结合）构成，由竖向反滤层1—1、竖向排水层1—2两个部分组成部分。其主要作用是阻断渗透路径，改变渗流方向，并利用自身高渗透性将渗透水从坝体上部疏排至排水体底部。其中竖向反滤层保证与竖向排水提相邻的黏土颗粒不流失。保证排水层持续有效；竖向排水层作用为疏排渗透水。

水平排水垫层由满足反滤和通水量要求的砂石组成，连接竖向排水体和排水棱体。其中作用是将渗透岁由竖向排水体底部排至河道下游。其分为水平反滤层2—1和水平排水层2—2两部分，作用同竖向反滤层和竖向排水层。

排水棱体由反滤层3—1和碾压后堆石3—2组成，其主要作用有两个，一是排除坝体渗水；二是保护下游坡面。

与强化水平排水褥垫的作用的褥垫排水结构不同，本发明均质土坝坝体排水结构强化竖向排水体的作用，水平排水垫层仅为排水通道。其必须满足以下条件：一是排水体竖向和水平向通水量能够满足大坝渗流要求；二是排水体顶面高程必须高于断面处浸润线高度，保证渗流水能够进入竖向排水体中；三是排水体必须设置反滤保护层，保证排水体长久有效；四是竖向疏排体必须与底部的水平排水垫层有效联通，保证排水顺畅。

本实施例中均质土坝坝体排水结构首先填筑最底部的水平排水垫层；排水棱体和竖向排水体与整个大坝同时分层碾压填筑。实施方法如下:

1、水平排水垫层：

水平排水垫层按水平排水结构组成，首先分层施工底部水平滤层。其单层填筑厚度、范围根据试验结果和现场具体情况确定，推平碾压后进行试验检测，满足要求再进行上一层施工。水平反滤层按照设计施工完成再施工水平排水层，然后施工水平排水层顶部的水平反滤层。整个水平排水垫层施工完成才能填筑其顶部的黏土填料。

2、排水棱体：

排水棱体总体上随水平排水垫层和黏土料分层施工。在每一分层中，首先填筑排水棱体，然后填筑反滤（过渡）料，再填筑土料。要求土料、反滤（过渡）料同时碾压。施工中注意各种填料的区分和结构尺寸，避免混合。

3、竖向排水体：

竖向排水体与黏土一起分层填筑。首先填筑上游侧土料，然后填筑与上游侧土料相邻的反滤料，依次是排水体和下游的反滤料，最后填筑与竖向排水体下游侧反滤料相邻的土料。排水体与土料同时碾压。与岸坡相邻的竖向排水体的填筑前，岸坡的处理必须满足要求，并保证碾压质量。

本均质土坝坝体排水结构强化竖向排水体的作用，水平排水垫层仅为排水通道。其工作原理是竖向排水体阻断渗透路径，将渗透水疏导至竖向排水体底部，并通过水平排水垫层排至下游河道。有结构简单，施工方便，不但能加快施工进度而且能够节约施工成本、降低工程造价的特点。

对比排水结构变更前后的各种填料工程量，结构变更以后产生的经济效益比较明显。各种填料工程量对比见表1。

表1：

上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。