大壩面板止水系統(tǒng)中人工石粉的使用探究,水工材料論文

大壩面板止水系統(tǒng)中人工石粉的使用探究,水工材料論文摘要：在老撾南坎2面板堆石壩施工經(jīng)過中,工程所采用的粉煤灰中氧化鈣含量較高,受潮或遇水后硬化結(jié)塊,無法知足面板止水系統(tǒng)的自愈填堵功能要求,最終采用從砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的廢水沉淀池中直接獲取人工石粉替代面板止水系統(tǒng)中的粉煤灰。文章主要介紹了南坎2面板堆石壩止水系統(tǒng)中人工石粉的獲取方式方法、設計指標、現(xiàn)場試驗檢測及施工應用等情況,對類似工程的設計和施工具有參考價值。本文關鍵詞語：面板堆石壩;止水;無粘性填料;人工石粉;Abstract：IntheconstructionofNamKhan2concretefacedrockfilldam(CFRD)projectinLaos,therequirementofcrackself-healingfunctioncannotbesatisfiedbytheflyashwithhighcalciumoxide,whichtendstohardenandagglomeratewhenexposedtomoistureorwater.Asolutionofreplacingflyashwithartificialstonepowderispresentedinthispaper.Theartificialstonepowdercanbeeasilyobtainedfromthewastewatersedimentationtankofthesandaggregateproductionsystem.Thespecificobtainingmethods,designindex,fieldtestandconstructionapplicationofartificialstonepowderareintroducedinthispaper,whichisagoodreferenceforthedesignandconstructionofsimilarprojects.Keyword：concretefacerockfilldam(CFRD);watersealing;non-viscousfiller;artificialstonepowder;1概述采用粉煤灰或粉細砂等無粘性材料作為面板接縫止水的自愈型填料,其目的是當發(fā)生滲漏時,能夠通過流動封堵滲漏通道,多數(shù)面板壩工程中面板接縫止水的自愈型填料采用粉煤灰。老撾南坎2(NamKhan2)大壩為面板堆石壩,最大壩高136m,原考慮面板周邊縫及所有張性垂直縫的表層止水均設置粉煤灰作為自愈性填料,共需粉煤灰約2000m3。但工程使用的粉煤灰受潮后硬化結(jié)塊,在水中浸泡28天后,抗壓強度一般都大于3~5MPa,無法知足面板止水系統(tǒng)中自愈性填料的要求。工程附近直接獲取知足要求的天然粉細砂困難,從砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的廢水沉淀池獲取無粘性石粉比擬方便,但直接獲取的石粉能否知足自愈性填料的要求尚需研究。2人工石粉設計指標分析工程主要根據(jù)無粘性填料止水的機理、規(guī)范的規(guī)定、特殊墊層料的級配和浸透系數(shù)等進行了石粉設計指標的分析研究。無粘性填料止水的機理就是當面板止水一旦發(fā)生毀壞,浸透水流能夠?qū)⑻盍蠋肟p內(nèi),受底部反濾料的攔截,淤積在縫內(nèi),在滲水壓力長期作用下密實,滲漏量逐步減小,到達止水效果。要求填料本身要是無粘性材料,粒徑要足夠小,容易進入細小的縫內(nèi);浸透系數(shù)至少要比反濾料小一個數(shù)量級,才能在填料內(nèi)構成較大的浸透壓力差,縮短自愈的經(jīng)過[1]。規(guī)范提出了覆蓋接縫外表的無粘性材料的最大粒徑應小于1mm,其浸透系數(shù)至少應比特殊墊層區(qū)反濾料的浸透系數(shù)小一個數(shù)量級的要求[1][[2]。根據(jù)無粘性填料止水的機理,特殊墊層區(qū)反濾料要能對細小的石粉起到反濾保衛(wèi)作用才能到達自愈止水效果,所以石粉和特殊墊層料的顆粒級配需知足反濾保衛(wèi)準則。南坎2大壩特殊墊層料是由墊層料篩除粒徑大于40mm的顆粒而得,特殊墊層料最大粒徑為40mm,粗包線的D15為0.425mm,D85為26.15mm。根據(jù)現(xiàn)場原位浸透試驗檢測,特殊墊層區(qū)浸透系數(shù)為(3~5)10-4cm/s。經(jīng)分析研究后提出了南坎2大壩面板止水系統(tǒng)中石粉填料的設計指標和要求:(1)灰?guī)r開采經(jīng)過中含有較多的粘性泥土,會導致靠后的沉淀池中的石粉摻雜粘性泥土,影響石粉質(zhì)量和水流攜帶填料的效果。由于水流流速不同,各池沉淀的含泥量、顆粒細度和級配也不同,應采用中間沉淀池中較純凈的灰?guī)r石粉,石粉中含泥量應小于1%。(2)根據(jù)填料須被滲水帶動流入縫隙的要求,石粉中小于0.075mm的含量應到達40~60%,且細砂的最大粒徑應小于1mm。(3)根據(jù)浸透穩(wěn)定和反濾保衛(wèi)要求,石粉屬均勻無粘性土,根據(jù)太沙基反濾準則,要求保衛(wèi)料的D15小于或等于被保衛(wèi)料d85的4倍,即D15/d85燮4[3]?？紤]材料的不均勻性和工程安全性,采用特殊墊層料的粗包線的D15計算出石粉中d85大于0.106mm,即石粉中大于0.106mm的顆粒含量要大于15%,這部分大顆粒可被特殊墊層料控制不流失,以確保浸透穩(wěn)定。施工經(jīng)過中按大于0.1mm的顆粒含量大于15%的要求控制。(4)根據(jù)規(guī)范中快速自愈的防滲性要求,填料的浸透系數(shù)比特殊墊層區(qū)小一個數(shù)量級,特殊墊層區(qū)浸透系數(shù)為(3~5)10-4cm/s,石粉在水下淤結(jié)后的浸透系數(shù)應小于110-5cm/s。3現(xiàn)場試驗檢測及施工現(xiàn)場結(jié)合砂石廢水處理,在下游河邊灘地上布置了4個并排的大容量廢水沉淀池,每個沉淀池容量達200m3,相鄰兩個沉淀池之間設置漫口將各沉淀池迂回串聯(lián)起來,通過廢水收集槽將砂石生產(chǎn)廢水引排至沉淀池,經(jīng)過逐級沉淀獲取不同粒徑的細砂和石粉,清水直接排向下游河道。沉淀池的布置形式、池深及尺寸控制著水流的流速,進而決定了各級沉淀池獲得的沉淀物的顆粒粗細和性能不同?，F(xiàn)場實驗室對工程所采用的粉煤灰和沉淀池的石粉進行了相關檢測試驗,主要包括粉煤灰硬化結(jié)塊及結(jié)塊后的強度試驗,石粉的土工篩分試驗、崩解試驗及浸透試驗等。(1)為了解工程所采用粉煤灰的特性,將粉煤灰裝袋后分別浸泡于水中和置于露天,觀察粉煤灰的硬化經(jīng)過,并測試其結(jié)塊后的強度。通過試驗表示清楚,泰國粉煤灰氧化鈣含量較高,在潮濕狀態(tài)下逐步結(jié)塊硬化,在水中能繼續(xù)硬化產(chǎn)生強度,一般在7天后就能產(chǎn)生強度,在水中浸泡28天后,抗壓強度一般都大于3~5MPa。(2)石粉的土工篩分試驗成果表示清楚,1號池的石粉顆粒較粗,小于1mm約占70%,小于0.075mm約占14%,達不到設計指標;2、3號池中的石粉質(zhì)量較好,小于1mm的均可到達98%以上,小于0.075mm的顆粒占40~50%(未到達粉煤灰的細度),大于0.1mm的顆粒占20~30%,知足設計指標;4號池的石粉較細,最大粒徑小于1mm,小于0.075mm的含量約占65%,但含泥量偏多。(3)現(xiàn)場浸透試驗表示清楚,2、3、4號池的石粉在水下沉積淤結(jié)后的浸透系數(shù)較小,一般小于110-5cm/s。(4)石粉在施工期間會板結(jié)成塊,為了解水庫蓄水后石粉遇水的崩解情況,將石粉脫水后成塊狀,浸泡于水中,一般10多分鐘就自然崩解溶化水中。通過試驗檢測表示清楚,2號和3號池的石粉質(zhì)量較好,各項指標均知足要求,可作為石粉填料的采集池。現(xiàn)場采用反鏟式挖掘機從廢水沉淀池中挖取石粉,自然堆放至微干,再采用自卸式汽車運送至壩前,采用人工裝袋至施工部位。面板表層柔性止水、保衛(wèi)鋼罩分段施工完成后,采用人工向土工織布內(nèi)裝填石粉,利用木棍逐層夯實。石粉脫水后易板結(jié),為便于裝填和夯實,石粉不宜完全鋪開曬干,含水率在5~10%為宜。4結(jié)束語在老撾南坎2水電站工程建設經(jīng)過中,通過對大壩面板止水系統(tǒng)中石粉填料設計指標的分析研究、試驗檢測及施工應用,表示清楚從砂石骨料系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水沉淀池中直接獲取的灰?guī)r石粉作為混凝土面板堆石壩的面板表層無粘性止水填料是可行的,實際應用效果好,此方式方法既環(huán)保又經(jīng)濟。值得注意的是,采用人工石粉替換粉煤灰作為面板止水系統(tǒng)的無粘性填料時,需根據(jù)特殊墊層料的顆粒級配等對人工石粉的設計指標進行分析研究,并對石粉的顆粒級配、含泥量、浸透性及水下崩解時間進行現(xiàn)場試驗檢測。若采用砂石骨料廢水沉淀池來獲取石粉填料,應根據(jù)石粉顆粒級配要求設置多個串聯(lián)的大容量沉淀池,并根據(jù)現(xiàn)場檢測情況,及時清理池中石粉,以確保獲取知足要求的石粉。以下為參考文獻：[1]DL/T5115-2008.混凝土面板堆石壩接縫止水技術規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2008.[2]DL/T5016-2018.混凝土面板堆石壩設計規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2018.[3]劉杰.土石壩滲流控制理論基礎及工程經(jīng)歷體驗教訓[M].北京:中國水利水電出版社,2006:89-107.[4]劉杰.土的浸透穩(wěn)定與滲流控制[M