一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构及施工方法

摘要

本发明公开了一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构及施工方法，涉及水利工程技术领域，该结构包括覆盖于基岩层上的砂砾石覆盖层，砂砾石覆盖层上构筑有由砂砾石形成的截流戗堤，截流戗堤的迎水一侧铺设有起防护防渗作用的块石层，截流戗堤背水一侧的砂砾石覆盖层上开挖有与基岩层相接的截水槽，截流戗堤的背水一侧覆盖有粘土防渗层，粘土防渗层的下沿延伸至截水槽内并与基岩层接触，粘土防渗层远离截流戗堤的一侧覆盖有背水侧砂砾石层；该方法基于该围堰结构进行控制施工，总体而言，通过实施本发明能够克服现有围堰结构施工工期相对较长、造价成本相对较高且不适应于含细颗粒较少的砂砾石河床进行防渗的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，尤其是涉及土石围堰施工技术领域，具体而言，涉及一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构及施工方法。

背景技术

在河道中修建水利水电工程，施工前通常需要修建挡水的围堰，以形成施工基坑，从而保证干地施工。常用的围堰有土石围堰、混凝土围堰、钢板桩围堰等，而其中以土石围堰应用最广泛，其采用现场材料填筑而成，通过就地取材和充分利用开挖弃料作围堰填料，具有构造简单、施工方便、易于拆除且工程造价低的优势，但其主体土石围堰的填筑材料基本上都存在渗透系数大的问题，尤其针对砂砾石覆盖层，即围堰及地基联合防渗问题的研究也就成为了土石围堰设计的关键问题。

由于绝大多数土石围堰需要在水下施工，材料不能有效压实，特别是水下抛填防渗料更不能保证围堰的防渗的质量，而土石围堰为了满足防渗要求，又不能使围堰断面过大，再加上通常围堰施工的工期非常紧迫，并且造价也不宜太高，目前的国内外土石围堰施工中常采用的防渗处理方法都存在着上述的种种问题。

现有技术中，申请号为201320121707.9的中国实用新型专利公开了一种土石围堰结构，在于克服施工工期较长且施工不经济的问题，而该土石围堰结构还是利用了防渗体和竖直防渗墙联合进行防渗，相对来说，也会存在施工时间长和造假成本高的问题。并且针对含细颗粒较少的砂卵砾石河床地基，混凝土防渗墙施工成孔较难，容易出现塌孔，且成槽效果较差。此外，戗堤部分未被围堰充分利用，导致该围堰结构断面较大，围堰填筑量往往很大，不够经济。

申请号为201220172911.9的中国实用新型专利公开了一种土石围堰结构，其在于克服施工工期不方便、不够经济的问题，而该土石围堰结构较适用于在静水或流速较小的水库内修建，对于水流流速较大且河床渗透性较大的河道不适合。而该围堰结构同样是利用竖直防渗墙进行防渗，还是存在上述防渗墙造价较高，且施工时间较长，针对含细颗粒的砂卵砾石河床地基成型不易等缺点。

综上所述，在能够满足施工要求的断面下，尽可能地减小断面尺寸又能很好地满足防渗要求，来设计一种满足含细颗粒较少的砂砾石河床下快速堆筑土石围堰的施工方法和围堰结构，目前还处于技术空白区。

发明内容

本发明的目的在于克服现有围堰结构施工工期相对较长、造价成本相对较高且不适应于含细颗粒较少的砂砾石河床进行防渗的问题，而提供一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构及施工方法。

本发明的实施例是这样实现的：一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构，包括覆盖于基岩层上的砂砾石覆盖层，砂砾石覆盖层上构筑有由砂砾石形成的截流戗堤，截流戗堤的迎水一侧铺设有起防护防渗作用的块石层，截流戗堤背水一侧的砂砾石覆盖层上开挖有与基岩层相接的截水槽，截水槽的开设走向沿截流戗堤的堤脚边沿布置，截流戗堤的背水一侧覆盖有粘土防渗层，粘土防渗层的下沿延伸至截水槽内并与基岩层接触，粘土防渗层远离截流戗堤的一侧覆盖有背水侧砂砾石层。

进一步地，截流戗堤的迎水面远离基岩层的一侧朝截流戗堤的背水面一侧倾斜，截流戗堤的背水面远离基岩层的一侧朝截流戗堤的迎水面一侧倾斜。

进一步地，截流戗堤的迎水面的坡比范围为1:1～2.5，截流戗堤的背水面的坡比范围为1:1～2.5。

进一步地，截流戗堤以及粘土防渗层顶部覆盖有砂砾石填充层。

进一步地，砂砾石填充层包括用于覆盖截流戗堤顶部的上砂砾石层以及用于覆盖粘土防渗层顶部的顶砂砾石层，顶砂砾石层的上表面与块石层的上表面齐平，上砂砾石层上表面与顶砂砾石层的下表面相接。

进一步地，粘土防渗层靠近截流戗堤上表面处成型有防渗挡尖，防渗挡尖的上表面与顶砂砾石层的下表面相接。

进一步地，块石层远离基岩层的一侧朝背水侧砂砾石层一侧倾斜，且块石层迎水面的坡比范围为1:1～2.5。

进一步地，背水侧砂砾石层远离基岩层的一侧朝块石层一侧倾斜，且块石层迎水面的坡比范围为1:1～2.5。

一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构的施工方法，包括以下步骤：在河床的砂砾石覆盖层上构筑截流戗堤，在截流戗堤的迎水面上抛填块石，在截流戗堤的背水面与砂砾石覆盖层相接的地方开挖截水槽，该截水槽的槽底挖设至与河床的基岩层接触即可，在截水槽内及时回填防渗粘土；

回填的防渗粘土按照预设坡比挖设并形成防渗粘土层，该防渗粘土层回填至至少覆盖截流戗堤的背水面，在防渗粘土层的背水面一侧覆盖砂砾石至至少包覆防渗粘土层的背水侧。

可选地，在截流戗堤和防渗粘土层的顶部填充砂砾石到指定高程，将截流戗堤的迎水面块石抛填到的指定高程。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的防渗围堰结构可针对含细颗粒较少的砂砾石河床情况来快速堆筑围堰结构，无须采用内置的高喷防渗墙进行防渗，而采用反向粘土斜心墙的方式来满足河床基坑干地施工的需求，不仅可尽量避免采用高喷防渗墙，可大大缩短防渗体系的施工时间及降低施工难度等。此外，通过在围堰本体即截流戗堤的下游侧河床砂砾石上开挖截水槽，同时采用粘土填充，可以大大降低围堰堰基的渗透，从而提高围堰本体和堰基的联合防渗性能，该围堰结构将就地构筑的截流戗堤作为其一部分，可以极大地降低该围堰结构的断面和填筑量，成本造价更为经济。

本发明实施例提供的上述防渗围堰结构的施工方法，通过对施工时序的有效控制，可达到快速填筑该施工围堰结构，及时保证河床基坑的干地施工，尤其是针对含细颗粒较少的砂砾石河床情况进行施工，施工周期大大缩短，成本更加低廉经济。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的防渗围堰结构的三维表达示意图；

图2为图1所示防渗围堰结构的断面示意图；

图3为本发明实施例提供的防渗围堰结构第一步的施工示意图；

图4为本发明实施例提供的防渗围堰结构第二步的施工示意图；

图5为本发明实施例提供的防渗围堰结构第三步的施工示意图；

图6为本发明实施例提供的防渗围堰结构第四步的施工示意图。

图标：1-基岩层；2-砂砾石覆盖层；3-河床地面线；4-背水侧砂砾石层；4a-背水侧砂砾石；5-块石层；6-上砂砾石层；7-顶砂砾石层；8-粘土防渗层；8a-粘土；8b-粘土层；8c-防渗挡尖；9-截水槽；10-截流戗堤；11-砂砾石平台；11a-砂砾石填台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1和图2，本实施例提供的一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构包括覆盖于基岩层1上的砂砾石覆盖层2，河床地面线3穿过该砂砾石覆盖层2，即表示该围堰结构能够适用于含细颗粒较少的砂砾石河床，从而能够成功构筑围堰本体并进行较好的防渗作用，当然，本防渗围堰结构包括但不仅限于砂砾石河床，本申请应用于砂砾石河床是在于克服目前的技术难题或攻破技术的瓶颈，提供一种能够在砂砾石河床上构筑的围堰结构及施工方法。具体地，所述砂砾石覆盖层2上构筑有由砂砾石形成的截流戗堤10，截流戗堤10作为围堰本体的一部分，能够起到初步的防水防渗作用，并且采用就地取材进行修筑的方式，对施工成本和材料成本起到了很大的节约作用。

为了进一步提高防渗效果，截流戗堤10的迎水一侧铺设有起防护防渗作用的块石层5。在截流戗堤10背水一侧的砂砾石覆盖层2上开挖有与基岩层1相接的截水槽9，即表示截水槽9位于截流戗堤10的背水一侧，且截水槽9的槽底与基岩层1表面接触，也就是截水槽9挖设到基岩层1表面为止。所述截水槽9的开设走向沿截流戗堤10的堤脚边沿布置，即表示截水槽9的整个走向与截流戗堤10的走向一致，并随着截流戗堤10的堤脚边沿排布，达到一种紧邻而接的状态。在截流戗堤10的背水一侧覆盖有粘土防渗层8，该粘土防渗层8的下沿延伸至截水槽9内并与基岩层1接触，即表示整个粘土防渗层8覆盖于截流戗堤10的背水一侧，粘土防渗层8的下边沿伸入至截水槽9内，并且能够接触到基岩层1表面为止。并且在粘土防渗层8远离截流戗堤10的一侧覆盖有背水侧砂砾石层4，本在块石层5背水侧全部构筑砂砾石的方式替换为中间夹杂粘土的方式，即在截水槽9内与截流戗堤10背侧采用粘土填充，可大大降低整个堰基(截流戗堤10下部分)甚至堰体(截流戗堤10上部分)的渗透，保证较好的防渗性能。

在本实施例中，所述截流戗堤10的迎水面远离基岩层1的一侧即上侧朝截流戗堤10的背水面一侧倾斜，截流戗堤10的背水面远离基岩层1的一侧即上侧朝截流戗堤10的迎水面一侧倾斜，即表示整个截流戗堤10的断面形状呈现下宽上窄的形式，尤其是形同于梯形状，更能凸显截流戗堤10的外观形式以及高防渗性能(适应液面以下更厚实，防渗作用更好)。其中，所述截流戗堤10的迎水面的坡比范围为1:1～2.5，本实施例中优选为1:1.175，截流戗堤10的背水面的坡比范围为1:1～2.5，本实施例中优选为1:1.175。本实施例提供的防渗围堰结构采用反向粘土斜心墙作为防渗体系的核心，相对于现有的高喷防渗墙形式，从施工方面来讲，极大地缩短了施工时间，降低了施工难度，同时也节约了施工成本。另外通过在截流戗堤10背水侧挖设截水槽9，并填充粘土，粘土防渗层8从基岩层1覆盖整个截流戗堤10背水侧并延伸至截流戗堤10背水侧顶部，极大地提高了堰体和堰基乃至基岩的联合防渗性能。同时将就地取材构筑的截流戗堤10作为整个围堰结构的一部分，不仅节约了施工成本，而且极大地减小了围堰的断面和土石填筑量，造价更加经济。

为了进一步增强整个围堰结构顶部的防渗性能，所述截流戗堤10以及粘土防渗层8顶部覆盖有砂砾石填充层，作为进一步防渗和防护的外在保护层。具体地，所述砂砾石填充层包括用于覆盖截流戗堤10顶部的上砂砾石层6以及用于覆盖粘土防渗层8顶部的顶砂砾石层7，即表示上砂砾石层6和顶砂砾石层7分别用于对截流戗堤10和粘土防渗层8起到防护和防渗作用。本实施例中，顶砂砾石层7的上表面与块石层5的上表面齐平，能够保证真个围堰结构顶部平整美观的效果，而且防渗作用较佳；所述上砂砾石层6上表面与顶砂砾石层的下表面相接，即表示上砂砾石层6位于顶砂砾石层7与截流戗堤10顶部之间，主要起到填充密实作用和内层防护防渗作用。为了进一步增加粘土斜心墙的截断防渗作用，所述粘土防渗层8靠近截流戗堤10上表面处成型有防渗挡尖8c，该防渗挡尖8c的上表面与顶砂砾石层7的下表面相接，即表示防渗挡尖8c由粘土防渗层8顶部向上延伸并接触到顶砂砾石层7下表面为止，能够对顶砂砾石层7一下的堰体和堰基部分起到较好的防渗作用。

为了使本实施例的围堰结构外观更加美观，并且能够在适合材料成本前提下保证高防渗性能，所述块石层5远离基岩层1的一侧即上侧朝背水侧砂砾石层4一侧倾斜，且块石层5迎水面的坡比范围为1:1～2.5，本实施例优选为1:1.175，同样地，背水侧砂砾石层4远离基岩层1的一侧即上侧朝块石层5一侧倾斜，且块石层5迎水面的坡比范围为1:1～2.5，本实施例优选为1:1.175。块石层5和背水侧砂砾石层4既可以同时采用倾斜的方式，也可以就某一者单独采用倾斜的形式，这种外在的表现形式不仅能够符合目前围堰结构行业所认可的外观形状，而且可以在节约一定材料成本的前提下，保证水位越低的地方，围堰结构越厚实，防渗效果及支撑强度更好。

总体而言，本实施例提供的围堰结构能够在相同甚至更好的防渗效果下，将就地构筑的截流戗堤10作为基体部分，可大大减小围堰结构的断面和土石填筑量，造价更加经济。此外，无须在内部构建混凝土防渗墙，采用粘土防渗层作为斜心墙起到防渗作用，它在同等施工条件下来说，能够保证更短地施工周期，更少的施工成本，施工难度也同样跟随降低。

通过施工时序的有效控制，还能达到快速填筑施工围堰，及时保证河床基坑干地施工的目的。为达到该目的，本实施例还提供了一种反向粘土斜心墙防渗围堰结构的施工方法，它主要包括以下步骤：在河床的砂砾石覆盖层2上构筑截流戗堤10，在该截流戗堤10的迎水面上抛填块石，形成块石层5；在截流戗堤10的背水面与砂砾石覆盖层2相接的地方开挖截水槽9，截水槽9的槽底挖设至与河床的基岩层1接触即可，在截水槽9内及时回填防渗粘土；回填的防渗粘土按照预设坡比挖设并形成防渗粘土层8，该防渗粘土层8回填至至少覆盖截流戗堤10的背水面，在防渗粘土层8的背水面一侧覆盖砂砾石至至少包覆防渗粘土层8的背水侧，即抛填覆盖形成背水侧砂砾石层4。当围堰结构主体部分施工完毕后，在截流戗堤10和防渗粘土层8的顶部填充砂砾石到指定高程，再将截流戗堤10迎水面的块石抛填到所述的指定高程即完成施工。通过以上施工方式能够有序并快速达到围堰结构的施工成型，相对于现有的围堰施工方法来说，施工周期可控制更短，尤其是在一个汛期内即可完成施工。

请参阅图3～图6，具体到本实施例的防渗围堰结构进行施工，如图3所示，首先在河床的砂砾石覆盖层2上构筑截流戗堤10，在截流戗堤10的迎水面抛填大块石，形成迎水面的防护防渗层，此时的截流戗堤10背水侧构筑有砂砾石平台11，该平台填筑至一定高度，以满足后期施工要求。如图4所示，在该砂砾石平台11开挖截水槽9，截水槽9挖至接触河床的基岩层1，并及时在截水槽9内回填粘土8a，该粘土8a回填至砂砾石平台11的高程，此时原本的砂砾石平台11变为仅在截水槽9背水侧的砂砾石填台11a，其包覆在粘土8a并作为后定位防护。如图5所示，将砂砾石平台11高度以下的粘土8a按照预设的坡比开挖，并满足需求的体型要求后回填至砂砾石平台11高程，此时粘土8a挖设为覆盖于截流戗堤10背水侧且其背水侧具有一定坡比的粘土层8b，剩余的截水槽9内空间采用背水侧砂砾石4a继续填筑至砂砾石平台11高程。如图6所示，预设指定高程，将粘土层8b继续填筑至该指定高程，并形成带有防渗挡尖的粘土防渗层8，然后继续填筑背水侧砂砾石4a至该指定高层并形成背水侧砂砾石层4，粘土防渗层8和背水侧砂砾石层4可同时进行，亦可分开进行。之后在粘土防渗层8和背水侧砂砾石层4缩小体型并压实后，顶部填筑砂砾石填充层并最终达到该指定高程，然后将迎水面的大块石抛填到该指定高程形成块石层5即完成施工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本发明。